HIDROBIOLÓGIA

A TANTÁRGY STRUKTÚRÁJA

I. A víz, mint környezet

A hidrológiai ciklus

A vízi környezet fizikai tulajdonságai (a vizek mozgása, hőmérséklet, fény)

A vízkémia elemei

II. Társulások a vizekben

Élettájak és élőlénytársulások a vizekben

Alzat nélküli, alzaton élő társulások, felületi hártya életközösségei

A vízi növényzet

III. A vízi anyagforgalom elemei

IV. A biológiai produkció

V. Vízminősítés

VI. Vízvizsgálat

A HIDROBIOLÓGIA ELHELYEZÉSE

A hidrobiológia vízi élet mibenlétét és törvényszerűségeit összefoglaló tudomány.

A vízi élőlényekről és a vízi ökoszisztémákról szóló ismereteink rendszere.

Elemei:

1. A környezet fizikai és kémiai tulajdonságainak ismerete

2. Az élőlények ismerete

3. Az élőlénytársulások és környezetük viszonyának kutatása

A hidrobiológia felosztása

HIDROLÓGIA BIOLÓGIA(A víz és vizek tudománya) (Az élet és az élőlények tud.)

HIDROBIOLÓGIA(A vízi élőlények és ökoszisztémák tud.)

1. Oceanológia (tengertan)2. Limnológia (nem tengeri állóvizek tana=tótan)3. Rheológia (áramló vizek tana)

Sztigobiológia: a felszínalatti vizek élőlényeinek és ökoszisztémáinak tana

HIDROLÓIAI CIKLUS

• A hidrológiai ciklusban a víz állandó és folyamatos körforgásban van (cirkuláció) a légkör (atmoszféra), a kőzetöv (litoszféra) és a vízöv (hidroszféra) között.

• A víz mozgása során változik állapota és jellemzői, de a körforgalomban résztvevő víz mennyisége nagyjából állandó.

Hidrológiai ciklus elemei(forrás: Fetter, C.W. 1988)

• Az atmoszférából a világtengerekbe és a szárazföldre csapadék - eső, hó, jég - formájában kerül a víz.

• A világtengerekből párolgás útján a víz ismét a légkörbe kerül és kezdődik a ciklus elölről.

• A szárazföldre hullott csapadék többféle módon folytathatja útját.- a vizek felszínéről történő közvetlen elpárolgás, valamint a növényzet párologtatása.

- a lehullott csapadék a nehézségi erő hatására a lejtőkön lefolyik, majd a víz a felszíni vizekbe, végül a világtengerekbe kerül.- a felszín alá, a talajba, kőzetekbe szivároghat és táplálja a felszín alatti vizeket. A felszín alatti víz közvetlenül felszíni vizekbe kerülhet, vagy források formájában juthat ismét a felszínre, illetve sík területeken párolgás útján közvetlenül az atmoszférába kerül.

A VÍZ SZEREPE A FÖLDÖN

• Az élet alapja

• Felületi részaránya a Földön 70 %

• Élőlények testének kb. 90 %-a víz

• Élettér

• Alapvető természeti érték

• Az emberi társadalom létezésének feltétele

• A jövőbeni fejlődés feltétele

FAJLAGOS VÍZHASZNÁLATOK

ÉTEL, ITAL 2 L/FŐ/NAP

EGYÉB EMBERI VÍZHASZNÁLAT 100-150 L/FŐ/NAP

AUTÓGYÁRTÁS 105 L/AUTÓ

PAPÍRGYÁRTÁS 300 m3/TONNA

VISZKÓZ MŰSELYEM 100 m3/TONNA

1000 KWH VILLAMOSSÁG 200 m3

VASGYÁRTÁS 22 m3/TONNA

A VÍZ MINT KÖRNYEZET

1. A vizek mozgása

2. A hőmérséklet

3. A fény

4. A vízkémia elemei

Vízmozgások

Ható erők

• -nehézségi erő (a folyók a tenger felé mozognak, a nyugalomban lévő víz „vízszintes” felülete)

• - a Föld forgása (Coriolis-erők)

• - hőmérsékleti- és sűrűségkülönbségek

• - levegő mozgása (szél)

• - légnyomás (különbség)

A vízmozgásokkal foglalkozó tudományterületek

• - elméleti: hidromechanika

• - gyakorlati: hidraulika

Vízmozgások az időben történő változás szerint

• Aperiodikus (aritmikus)

• Periodikus (ritmikus)

• Kváziperiodikus

Alapfogalmak

• Áramlási sebesség: a folyadékrészecske által időegység alatt megtett út (m/s; cm/sec)

• áramvonalak : egyenletes áramlásban időegység alatt minden egyes keresztmetszeten ugyanaz az átáramló közeg mennyisége

• Izotáchia vonalak : a folyószelvény azonos sebességű pontjai

A vízmozgások az egyes vízrészecskék mozgásának pályája szerint

• Lamináris áramlás: az egyes vízrészecskék esetleg különböző sebességgel, de egymással párhuzamos pályán mozognak.

• Kritikus sebesség

• Turbulens áramlás: nem párhuzamos pályán

• Re=VL/v Reynolds szám, dimenzió nélküli szám• V=kritikus sebesség• v=a folyadék kinematikai viszkozitása• L= a meder geometriai méretei• Rekrit =VR/v=580 kritikus Reynolds szám

Lamináris-turbulens• Lamináris áramlás Re<500• Turbulens áramlás Re>2000

• R= hidraulikus sugár, a meder keresztmetszetében a nedvesített területnek a nedvesített kerülethez való viszonya.

• A felszíni vizekben lamináris áramlás nem lehetséges, viszkozitás, meder egyenetlenségei.

• Turbulencia: a víz bizonyos átlagos egyenletes sebességű és irányú áramlásán belül, bármely ponton változó sebességek észlelhetők bármely irányban.

A turbulencia lehetővé teszi:

• az anyagok és a hő átvitelét bármely irányban a víztömegben (turbulens diffúzió) –

• mozgásmennyiségek cseréje (nagyobb viszkozitás = turbulens viszkozitás) –

• lassítja a lebegőanyagok ülepedését, biztosítja a plankton lebegését (+ erősíti a szél keltette mozgások keverőhatását).

Nyomásviszonyok áramló közegben

• Hidrosztatikai nyomás (Phidr)

• Dinamikus vagy torlónyomás (Ptorló)

• Bernoulli egyenlet

• Pö=Phidr+Ptorló az összeg állandó

• - kisebb keresztmetszetű helyeken a hidrosztatikai nyomás csökken (az áramlási sebesség és ezzel együtt a torlónyomás nő).

Közegellenállás

• a mozgásiránnyal ellentétesen ható erő, nagyságát a mozgó test mögötti örvények befolyásolják.

Függ:

• - a közeg sűrűségétől,

• - az áramlás sebességétől,

• - a test áramlási irányára merőleges keresztmetszetétől,

• - a test közegellenállási együtthatójától.

A vízmozgások az időben történő változás szerint

• Aperiodikus (aritmikus):egyenletes (permanens) mozgás vagy nyugalmi állapot=ÁRAMLÁSOK

• Periodikus (ritmikus):határozott időközönként ismétlődnek a mozgás jellemzői=

– HULLÁMZÁS

– TÓLENGÉS

– ÁR-APÁLY

Aperiodikus vízmozgások: Áramlások

• Olyan tóban ahol sűrűségi és hőmérsékleti gradiens van a következő felületek léteznek:

• Izotermális (egyenlő hőm. pontok alkotta felület)

• Izopiknikus vagy izoszterikus (sűrűség)

• Izobarikus (nyomás)

• Azonos mélységű

• Ha minden felület egymással párhuzamos, a tó nyugalomban van, nincs áramlás.

• Ha a felületek bármelyike eltér a vízszintes síktól, akkor az egyensúly visszaállítása érdekében áramlás indul.

Szél keltette áramlások

• A szél sebessége egy küszöbérték fölött (pl. Balaton: 2 m/sec.) a felszínen kis hullámokat kelt, majd az így „érdessé” váló felszínt magával ragadja és áramlást hoz létre. Az áramlás iránya kis mértékben eltér a szél irányától (az É-i féltekén jobbra), amit a geosztrofikus hatás okoz (EMRAN drift, EKMAN spirál – csak kb. 20m-nél mélyebb tavakban).

• A szél keltette áramlás sebessége a szélsebesség 2%-a.

• A valódi mély tavakban a szél keltette áramlásnak határozott szerkezete van.

• A víz egymással párhuzamos spirálisok mentén halad, melyeknek hossztengelye párhuzamos a szél irányával, forgásiránya pedig felváltva megegyezik, illetve ellenkező az óramutató járásával: LANGMUIR-spirálok =párhuzamos sávok; a víz felszínén úszó olaj, falevél, hab stb., a leszálló rész fölött habcsík formájában gyűlik össze. Fontos szerepe van a plankton lebegésben tartásában.

• A szél felőli oldalon a víz apad, az ellenkező (szél alatti) oldalon árad: vízszintkilendülés (denivelláció) visszaáramlás.

• A Balaton északi és déli partja között pl. 40 cm vízszintkülönbséget is mértek.

• A denivellációnak fontos szerepe van a nyíltvíz és a nádasalji víz cseréjének fenntartásában.

Sűrűségkülönbség okozta áramlások

• A sűrűségkülönbség, a hőmérsékletkülönbség, illetve az eltérő koncentráció következtében jön létre =konvekciós áramlások:

• - éjszakai lehűléskor hőmérséklet kiegyenlítődés;

• - rétegzett tavak őszi és tavaszi felkeveredése;

• - termohalinás konvekció (párolgás okozta sűrűségnövekedés hatására bekövetkező áramlás).

Állóvizekbe torkolló, illetve belőle kifolyó vizek keltette áramlások

• 1. csak befolyás van, kifolyás nincs: általában a tónak csak egy részét érinti.

• 2. befolyás és kifolyás is van: a betorkollástól a kiömlés helyéig folyamatos áramlás keletkezhet.

A hatás függ: • - az állóvíz tömegének és az átfolyó víz mennyiségének

aránya;• - a kétféle víz fajsúlykülönbsége;• - a víztér morfometriai sajátságai.

Statikus és dinamikus vízállás

• Statikus vízállás: annak a nívófelületnek a nagysága, ami a pillanatnyi víztömeg és a meder befogadóképességének viszonyából adódik.

• Dinamikus vízállás: szél,vízszintkilendülés, vízlengés,hullámzás, ténylegesen leolvasható.

• Statikus vízállás= a leolvasott dinamikus vízállásértékekből számítható.(számtani közép)

Periodikus vízmozgások:TÓLENGÉS (seiche)

• A szél irányában feltorlódott víz (denivelláció), a szél elállta után, visszalendül a széllel ellentétes irányba ,majd új áramlás visszafelé = periodikus hintázó mozgás

• Tólengés (vízlengés, seiche) = ritmikus állóhullám

• Ugyanez a jelenség bekövetkezik:- ha légnyomáskülönbség van a két part között- ha egyenlőtlen a csapadékeloszlás

• De a kiváltó ok: a nehézségi erő.

• A tólengés mérhető nagyságban csak nagy tavak esetében tapasztalható. A tólengés periódusát, a lengés idejét a tó hossza és mélysége határozza meg.

Pl.1. Balaton: 10-12 óra

2. Ladoga-tó: 5 óra 45 perc

3. Genfi-tó: 73 perc

4. Bódeni-tó: 56 perc

5. Attersee: 22 perc

• Belső seiche-k: csak mély tavakban, a víztömeg belseljében, ha a víztömeg különböző sűrűségű rétegekből áll

• rövid periódusú

• hosszú periódusú

• ÁR-APÁLY

• A legnagyobb kontinentális vizek esetében is csak néhány cm a vízszintingadozás.

HULLÁMZÁS

• Az egyensúlyi helyzetben lévő vízrészecskére valamilyen erő (pl. szél, egy kritikus sebesség, 1m/sec fölött) hat, a részecske kimozdul, rezgéseket végez; az egyensúlyi helyzetből való kimozdulás távolsága időben periódikusan változik.

• A rezgési állapot tovaterjedése a szomszédos részecskékre = hullám.

A hullámok jellemző méretei

• hullámhossz (L)• hullámmagasság (h)• amplitúdó (a)• a hullám időtartama (periódus) = két egymást követő hullám

csúcsának érkezése közti idő (sec)• a hullám sebessége = a hullámhegynek az időegység alatt

megtett útja (cm/sec)

• A tavakban a magasság : hosszúság ≤ 9 : 100

A hullámzás a mélyebb rétegekre is átterjed, de az amplitúdó a mélységgel rohamosan csökken.

• Ha vízmélység= L/9, akkor a=afelszín/2

• Ha afelszín=50 cm, L=6 m, akkor a felszín alatt kb. 70 cm-rel

a=25 cm.

• Ha a vízmélység=L akkor a=afelszín/500

• Ha afelszín=50 cm, L=6 m, akkor a felszín alatt 6 m-rel a=0,1 cm.

• Nagy mélységű tavakban a hullámzásnak kicsi a jelentősége, sekély tavakban azonban nem.

Pl. a Balatonban ENTZ megfigyelései szerint „n” m/sec szélsebesség, „n” méter mély vízben okoz felkeveredést. Tehát 5 m/sec szélsebesség a tó egészét „fenékig” felkavarja. Ennek a jelenségnek döntő szerepe van a Balaton jellegzetes vízminőségének kialakulásában (pl. az élőlények kisebb pigmentáltsága).

• A balatoni hullámok jellemző adatai:

• - h = 1 m

• - L = 6 m

• - periódus = 2 sec

• - sebesség = 3 m/sec

Ha a hullámra csak a nehézségi erő hatna, a vízrészecskék

• - mély víz esetén körpályákon

• - sekély víz esetén – a fenéken fellépő súrlódás fékező hatása miatt - vízszintes nagytengelyű ellipszispályákon mozognának.

• Az ilyen szabályos, ún. szabadhullámzás a természetben igen ritka, mert a szélnyomás a hullám alakját módosítja, a hullámvonal asszimetrikussá válik: a szél felőli oldalon enyhe lejtővel emelkedik, a szélárnyékba eső oldalon – az ún. hullámfront – meredeken esik lefelé

• - tarajos hullámok: a szél a hullám gerincét megszaggatja, a vizet a gerincről előrelöki ( a szél sebessége > hullám sebessége),

• - átbukó hullámok: lökésszerű szélnyomás nagyobb víztömeget buktat át a hullámvölgybe.

A hullám találkozása a parttal

• 1. Lejtős part: a hullám a part felé hajlik, összeomlik s csak a habfodrok futnak feljebb a parton

• ok: a part közelében a hullám alsó része a fenékhez ütközik, lefékeződik, az utána jövő hullám utoléri, megnyomja – hirtelen felmagasodik, egyensúlyát vesztve tajtékozva előrebukik és jellegzetes hang (hullámmorajlás) kíséretében kiloccsan a partra, homokot, kavicsot sodor magával, hullámbarázdák, turzások keletkeznek.

• A kilendült víztömeg a partról a fenékhez simulva áramlik vissza, szemben haladva az újabb hullámokkal.

• 2. Meredek, sziklás part: a nagy erővel nekivágódó hullámok részben megtörnek, részben visszaverődnek. A visszaverődő hullámok az interferencia szabályainak megfelelően erősítik, vagy gyengítik egymást. A visszaverődő hullám, a jelentős energiaveszteség és a fáziseltolódás miatt az újonnan érkező hullámokkal nincs szinkronban, új hullámmozgás: különböző magasságú és mélységű (az eredetinél magasabb, illetve mélyebb) hullámhegyek és hullámvölgyek sorakoznak – szétfröccsenő hullámok = hullámtörés.

A vízmozgások hidrobiológiai vonatkozásai

• Az álló- és folyóvíz kifejezés csak nagy általánosságban ad képet a vízterültet dinamikájáról:

• Lotikus tájak:mindig mozgó, nyugtalan vizű.

• Lenetikus tájak: csendes, nyugodt vizű.

• Az élőlények érzékelik a vízmozgást:

• - keresik, kihasználják: rheofilikus fajok (pl. kopoltyúval lélegző szervezetek)

• - menekülnek előle: rheofóbikus fajok (pl. szúnyoglárvák)

Vízmozgások hatása

• akadályozó, pusztító: törékeny testű élőlények szétroncsolása, rögzültek leszaggatása

• kedvező: a víztömegek kicserélődése, oxigén és táplálék odajuttatása, anyagcseretermékek eltávolítása

Az élőlény által keltett vízmozgások

• lábaikat és csápjaikat mozgató kisrákok (szűrő, lebegő életmód),

• csővájóféreg gyepszerű tömege

Vízmozgások fékezése

• nagytömegű vízinövények állományai

Hőmérséklet

• Hő: termodinamika szerint energiaátadás, mely két test között hőmérsékletkülönbség hatására közvetlenül történik, munka nélkül.

• Hőmérséklet: az anyag termikus állapotának jellemzője.

• Az energia hő formájában a különböző hőmérsékletű testek, gáz- vagy víztömegek között hőátadással jut át.

A hőátadás

• hővezetés: az átadás az egymással érintkező, különböző hőmérsékletű testek között anyagvándorlás nélkül történik

• hőáramlás: (konvekció) anyagáramlás történik, a különböző hőmérsékletű részecskék helycseréje révén

• sugárzás: anyag közvetítése nélkül. Sugárzó energia alakjában történik

A víz termikus tulajdonságai

• fagyáspontja 0oC

• forráspontja 100oC 760 mm Hg

• sűrűsége 4oC-on a legnagyobb

• a víz fajhője (cal*g-1*oC-1)=1

• a víz sok hőt raktároz, lassan hűl le, a vízi hőklíma egyenletes

• hővesztés

– kisugárzás (kevés)

– vezetés (meder felé)

– párolgás

A hőrétegzettség

• Hőkicserélődés főleg víz és levegő között, sekély tavakban is múló rétegzettség (szél, éjszakai lehűlés megszünteti).

• Hőrétegzettség mélytavak jellegzetessége, Mo.-on természetes tóban nincs.

Nyáron, mérsékelt övi mély tavak

• Epilimnion: A legfelső meleg régió, melyet a szél alaposan felkever és többé-kevésbé egyenletes hőmérsékletű.

• hipolimnion : A sűrű víz mélyen fekvő hideg régiója, melyet kevésbé befolyásol a szél keverő hatása.

• metalimnion (váltó réteg) Brönsted és Wesenberg-Lund (1911)

Metalimnion (váltó réteg)

• a hőmérséklet hirtelen csökken a mélységgel• Birge (1897) ezt termoklinnek nevezi

• fordított hőmérsékleti rétegződés

• hőmérsékletcsökkenés 1 oC/m

• a nyári felmelegedés alatt =termális ellenállás • a két fő réteg keveredését, elsősorban sűrűség különbség miatt

megakadályozza

Direkt rétegzettség • A vizek nyári állapota.

• Felül a kis fajsúlyú meleg, alul a legsűrűbb, közel 4oC-os hideg víz.Hőrétegzettség a nyári pangás időszakában (direkt rétegzettség)

A B

A = a tó keresztmetszete az izotemákkal,B = a hőmérséklet mélység szerinti ábrázolása grafikonon

(Uhlmann, 1975)

alsó réteg

váltóréteg

fedőréteg

Őszi cirkuláció

• A felszín erősen hűlni és keveredni kezd,• lehűl az alsó réteg hőfokára.• Megszűnik a termális ellenállás.• 4oC-ra hűl, alásüllyed,amíg az egész tömeg el nem éri ezt a

hőmérsékletet.• A víz lefelé hűl, kialakul a téli, (indirekt, inverz)

rétegzettség.

Inverz rétegzettség

4

4

86

4

4

4

Őszi cirkuláció Indirekt rétegzettség

0123

4

Jég

Éves keveredési minták

Amixis

- víztér sohasem keveredik

- az amiktikus tavak folyamatosan jéggel borítottak.

- a 80o. szélesség felett, és 6000 m tszfm.-on.

Holomixis

• ahol a szél teljesen felkeveri a vizet, tipikus tavakban ritka.

• A keveredési periódusban az egész vízmennyiség cirkulál.

Oligomiktikus tavak

• Ezek az állóvizek minden mélységben egyenletesen melegek, és szubjektíve nagyon kicsi a szezonális változásuk.

• Meleg vagy hideg oligomiktikus tavak.

Monomixis

• az év során rendszeresen ismétlődő periódusonként bekövetkező cirkuláció.

• nyáron, és a hideg évszakban keveredő tavak

• kifejezett szezonális különbségek

Dimiktikus tavak

• Két felkeveredési periódusuk van, minden évben egy tavasszal, és egy ősszel.

• mérsékelt övi dimiktikus tavat nevezik általában tipikus tónak

• Ausztráliában nincs ilyen

Polimiktikus tavak

• sok keveredési periódust és egész évben tartó folyamatos cirkulációt jelent

Meromixis

• előfordul ugyan cirkuláció, de mindig hiányosan

• nem a teljes víztömeg vesz részt a felkeveredésben

• A legalsó sűrű vízréteg állandó, és karakterisztikusan anaerob marad.

Kontinentális vizek

• állandóan hideg vizek 12 oC alatt

• föld alatti vizek, interszticiális vizek, hegyi források

• mérsékelt hőmérsékletű vizek 12 és 20 oC között

• mérsékelt égöv felszíni vizei

• hévizek és a trópusi vizek 20 oC felett

Hévizek

• Hőmérséklet és vegyi összetétel ingadozás csekély.

• Sajátos kémiai összetétel: kénes, vasas, konyhasós, lúgos, kátrányos stb.

• Meleg vízhez alkalmazkodott növény és állatfajok.

• Termofil baktériumok, kékalgák 72-73 oC

• Zöld-, kova- és járommoszatok 50 oC-ig.

Termális vegetáció

• Reliktum vagy bevándorlás?

• Hőmérséklet nem csökkent=reliktum

• Lehűlt vizek=idegen fajok

A hó és jég élővilága

• Kriobiológia

• Csapadék, ráhulló por, napsugárzás

Kriobiotóp típusok

• Sarki (örök hó és jég)

• Tengeri (fagyott tenger jegén, jéghegyek)

• Szárazföldi (örök hó, gleccser,befagyott vizek stb)

• Kölünleges: pagon, jeges barlangok, fagyott talaj

(pagon=jégbe fagyott és ezt túl élt élőlények, lappangó, anabiotikus állapotban)

• Egysejtű algák, gombák, véglények.

• Kriobionta élőlény:optimális életfeltételek számára, egész élet során

• Chlamydomonas nivalis

• Raphidonema nivale

• Scotiella fajok

www-es.s.chiba-u.ac.jp/.../algae/Harding008.jpg

Chlamydomonas nivalis (Green alga)

Ancylonema nordenskioldii (Greeen alga)

Mesotaenium breggrenii (common on ice in world wide)

Oscillatoriaceae alga (cyanobacteria)

• Kriokonit: levegőből por lerakódás a jég felszínén, mivel sötét színű jobban felmelegszik, mint a környező tiszta jég, lyukak, mélyedések jönnek létre ,amiben élőlények élnek.

• Kriofil fajok: alkalmazkodtak, de elterjedésük nem korlátozódik ide

• Krioxenikus élőlények:más élettérre jellemzők, de ide kerülve életképesek

• Krioplankton (kriovegetáció): egysejtű algák a jég tetején lévő alig fagypont feletti vízben, a hó és jég felső 5 cm-ben, a havat vagy jeget jellemző színűre festik.

HŐMÉRSÉKLET

• van’t Hoff törvény (hőmérséklet 10 °C-os emelése esetén a reakciósebesség 2-3-szorosára nő

• Általában –10 - +45 °C között vannak élőlények

• Termofil szervezetek: +45 - +95 °C

• Mezofil szervezetek

• Pszichrofil szervezetek (hidegtűrők)

• Homoioterm élőlények (állandó testhőmérséklet)

• Poikiloterm élőlények (változó testhőmérséklet)

• Testhőmérséklet evolúciós hatása

• Hőterhelés

A fény

A fény intenzitása, színe, iránya és terjedése a vizekben fontos tényező együttes a vizek szerkezetében

• energia a primer produkcióhoz,

• jel a plankton és a halak vándorlásához

• jellemző színárnyalatot ad

Módosul az atmoszférán keresztülhaladva

• Az ózon elnyeli az ultraibolya sugárzást.

• A széndioxid abszorbeálja a távoli infravörös sugárzást .

• A felhők és a porrészecskék tovább változtatják a spektrális összetételt és a fényintenzitást.

• A fény 300-3000 nm hullámhosszúságú sugarakból áll:

• közvetlen napsugárzás

• szórt sugárzás

A Föld-légkör rendszer energiaforgalma I.A légkör külső határára érkező napsugárzás további útja: 100 % =

11 ezer MJ/m2/év (Próbáld, 1981. nyomán)

A Földre jutó sugárzás minőségi összetétele

• ibolyántúli, UV 300-380 nm

• fény, látható sugarak 380-750 nm

• infravörös 750-3000 nm

• fotoszintézis számára hatékony 390-710 nm

A limnológusok számára fontosabb

• a fényvisszaverődés,

• fénytörés,

• szóródás

• hullámhosszak szelektív abszorpciója

• A fényszóródás: a visszaverődésnek olyan formája, amelynél a visszaverődő sugarak a tér minden irányában terjednek.

• Reflexió: egy síkban verődnek vissza a sugarak.

• Természetes vizekben a fény szóródását a lebegő részecskék okozzák.

• Vízfény: az elnyelt fény egy része visszaterhelődik a levegőbe.

• Hazai sekély, fenékig felkeveredő vizeinkben a beeső fény 25%-a, világít a víz a napsütésben. Az algák és növények számára hasznosítható.

• Abszopció : vízben, fenéken.

A vízbe hatoló sugarak hullámhosszuk szerint különböző mélységig jutnak

• tiszta vízben a kék sugarak jutnak a legmélyebbre, a többi elnyelődik

• a vízben oldott sók, szerves anyagok, lebegő részecskék módosítják

• A Balatonban a zöld és sárga, Dunában sárgászöld és zöld, a szikesek barna színű , humuszanyagokat tartalmazó vizében a vörös sugarak jutnak a legmélyebbre.

A fény összetétele állóvizekben, a hullámhossz és a mélység függvényében

Fény viselkedése a vízben:

Iz = I0 e()

Iz = Fényerő „z” mélységben

I0 = fényerő felszínen

() = extinkciós koefficiens „” hullámhosszon

Szesztonszíneződés

• A vízben színes, szilárd részecskék lebegnek:

• Tisza: lösz

• Balaton: a fotoszintézis során kicsapódó CaCo3-csapadék

• Fehér szikesek: kicsapódó szénsavas mész

• Fekete szikesek: humuszanyagok

• Planktonszineződés

• A növényi plankton szervezetek elszaporodása okozza.

Biológiai vonatkozások

• A vizek fényklímája egyedi sajátság.

• A víz fényviszonyai változnak:

Nap- és évszak szerint

Mélység függvényében

• Fotikus réteg: felső átvilágított réteg, fotoszintézis folyik (az építés tere, trofogenikus réteg)

• Afotikus réteg: alsó, sötét réteg, lebontást végző élőlények működnek (bomlás tere, trofolitikus réteg)

A legtöbb állat elterjedését szintén erősen befolyásolja a fény

• A zooplankton és a halak éjszakai vándorlását segítő holdfény és csillagfény (1/30000 -1/50000 része a Nap fényének)

• a vízi állatok képesek észlelni az egyirányú síkban polarizált fényt

• A polarizált fény víz alatti útjelzőként szolgál a víziállatok elterjedéséhez

• a lazacok vándorlása az óceánból, vissza az ivóhelyeikre. • Bár ezek kémiai nyomokat vagy szagot használnak a helyi

folyóikban, ezek az óceánban használhatatlanok. A víz által polarizált napfény ehelyett iránytűként szolgál hosszú utazásaikra, mely kilométerek ezreit ölelheti fel (Hasler, 1966).

• az állati plankton a napfény napi változásaira válaszként adott napszakos vándorlása. E vándorló zooplankton hal-ragadozói követik zsákmányukat, és emiatt gyakran mutatnak hasonló, fény által szabályozott mintázatot.

• Azok a bentikus állatok, melyek nem az üledékben élnek, de abból szerzik táplálékukat, nappal kövek alatt rejtőzködve kerülik el a fényt és a ragadozókat, hogy éjjel előbújjanak és táplálkozzanak.

• Az áramló vizekben a kisebb gerinctelenek, általában rovarlárvák, csak éjszaka költöznek új élőhelyekre, szintén azért, hogy elkerüljék a fényben táplálkozó ragadozókat.

• Állatvilág alkalmazkodás jelenségei: pigmentáltság változásai.

• Tartósan zavaros vízben a mélyvízihez hasonló sápadt, kevéssé pigmentált állatok élnek. Balatoni fogassüllő halvány színe a víz zavarosságával függ össze.

• Barlangokban a fényhiányhoz való alkalmazkodás: fehér szín, vakság.

• A vizek fényklímáját az élővilág is befolyásolja - pl. tündérrózsa, békalencse árnyékoló hatása, mikroorganizmusok tömeges elszaporodása (színváltozás, árnyékolás). Fenéküledékben turkáló hal - zavarossá teszi a vizet.

A fény mérése

• A teljes napsugárzásra vonatkozó becsléseket a tó felszínénél végzik folyamatos adatrögzítésre alkalmas pirohéliométerekkel.

• Ez az egyszerű eszköz a fényváltozásokat egy elnyelő fekete felület és egy visszaverő ezüstfelület különböző tágulása által előállított mechanikus feszültség által rögzíti. A pirohéliométerek más típusai a fényenergiát mikroeinsteinekben, vagy wattokban mérik, de utalások találhatók a "langlay" egységekre is (gramm-kaloriák -cm2) a régebbi irodalomban.

• Egy egyszerű és olcsó szerkezet a vizek átlátszóságának mérésére a Secchi-korong.

• A fehér korongot leengedik a vízbe, míg el nem tűnik a szem elől. Ez a távolság a Secchi mélység.

• Eutrofikus és zavaros vizek, folyótorkolatok és nagy folyók Secchi mélysége mindössze 0-tól 2 méterig terjed, de oligotróf tavakban, vagy kék vizű óceánokban nagysága akár 40 m is lehet.

Bevezetés a természetes vizek kémiájába

A VÍZ FONTOSABB FIZIKAI TULAJDONSÁGAI

Sűrűség (25 C-on) 0,997 g/cm3

Legnagyobb sűrűség (3,94C-on) 1,000 g/cm3

Olvadáspont 0,00 C

Forráspont 100,00 C

Olvadáshő 335 kJ/kg

Párolgáshő 2308 kJ/kg

Fajhő 4,19 kJ/kg

Hővezető képesség 0,00569 J/cm/s/C

Felületi feszültség 71,97 mJ/m2

A VÍZ MINT KÖZEG JELLEMZŐI

• Poláros oldószer (gázokat, sókat, szerves anyagokat old)

• Nagy a felületi feszültsége

• Viselkedése eltérő hidrofil és hidrofób felületeken

• Dielektromos állandója nagy

• Párolgáshője és olvadáshője nagy

• Sűrűségi anomália rétegzettség, turnover

• Fényelnyelése kicsi

• Jégképződés, jégfedettség

• Bonyolult kémiai és biológiai kölcsönhatások jellemzik

• Élettér (élőhely + biológiai folyamatok) helyszíne

• A természetben híg oldatok fordulnak elő

TERMÉSZETES VIZEK KÉMIÁJA

Gázok oldódását befolyásoló tényezők:

• Hőmérséklet

• Oldott sók töménysége

• A gáz vízgőz tartalma

• Oldat telítettsége az adott gázra

• A gázzal érintkező felület nagysága

TERMÉSZETES VIZEK KÉMIÁJA

Oldott folyadékok

• Poláros folyadékok oldékonysága

• Apoláros folyadékok oldékonysága

Oldott szilárd anyagok

• Szervetlen anyagok

• Szerves anyagok

A természetes vizek kémiai összetétele

• a csapadék,• az erózió és oldódás• az evaporáció • a szedimentáció • vízgyűjtőterület a vízfolyások és állóvizek biológiai összetevői• a talajok mikrobiológiai aktivitása• emberi tevékenység

Szervetlen összetevők a vízben

• szennyeződést vesz fel a levegőből szárazföldről

• a vízben lévő élőlények ammóniát, foszfátot, széndioxidot bocsátanak ki

• egy nyitott tartályban steril, nagy tisztaságú vizet a szabadba, az élet hamar megjelenik benne. CO2 , O2 , N2 ,

• Néhány tápelem beoldódik a tartály faláról, aerosol kerül be, vagy a légköri porból származik.

• Spórák, baktériumok, algák, gombák, protozoák, és néhány kisebb magasabb fejlettségi fokú állat

• evaporáció

• A tavakban azok a tápanyagok fontosak, melyek gyakran rövid ideig állnak rendelkezésre, és melyek limitálják a növények és állatok növekedését.

• CO2 , O2 , NH4 , NO3, PO4 , SiO2 , Fe

• A fontos mikro tápelemek néha kis mennyiségben lehetnek jelen, mint a Mn, Co, Mo, Cu, Zn.

• Na, K és Cl ion

• a réz és a cink - hatása lehet toxikus, de növekedést stimuláló is.

• Cu esszenciális nyomeleme az algáknak, sok éven át a magas rézszulfát szint, mérgező

A víz szerves összetevői

Szerepük alapján 7 osztályba sorolhatjuk a szerves anyagokat.• - tartós összetevők• - azok, amelyek táplálékot nyújtanak a mikróbáknak• - kelátképző összetevők• - extracelluláris enzimek• - azok az anyagok, melyeket az állatok kommunikációra

használnak• - azok, melyeket kémiai védekezésre használnak, mely egy

vegyi háborúhoz hasonlít• - szagos anyagok, melyek figyelemre méltóak, mert az

emberek vízellátásában problémát okoznak.

Tartós összetevők

• lebontása igen lassú

• a talajrétegből kioldódó barnás humuszsavak

• sárgásbarna színt ad a mocsaraknak, nagy folyóknak, mint a Rio Negro az Amazonasban.

• a humuszsavak nem mérgezőek

• a talajvíz nem alkalmas ivásra a humuszsavak jelenléte miatt

• kémiailag igen stabilak, költséges elmozdítani

Szerves anyag mikróbák tápláléka

• A baktériumok, gombák, protozoa és dinoflagellata rá van utalva az oldódó, és lebomló szerves összetevőkre.

• Az acetát, a glükóz és a glikolát általános szerves vegyületek, melyeket a tó baktériumai felhasználnak, ezáltal tartják a kívánatos alacsony szinten a szerves tápanyagokat.

Kelátképző összetevők

• Megváltoztatják a fémek ionos állapotát, melyek egyébként mérgezőek lennének.

• az algák és néhány állat válaszként termeli vagy védelemként• • A humuszsavak és a citrát természetes kelátképző ágens,

melyek a levelek lebomlásakor keletkeznek az álló- és folyóvizekben.

• a vérfestékben,a klorofill molekulák felépítésében.

Extracelluláris enzimek

• Az alkalikus foszfatázok a nem fémes tápanyagokra hatnak.

• Az algák választják ki, amikor kevés az oldott foszfát, hogy az eredetileg szerves molekulákhoz kötött foszfátot lehasítsák.

• A zooplankton választ ki szerves foszfort, de ehhez kell alkalikus foszfatáz.

• A sziderokróm hasonló szerves vegyület, melyet a kékeszöld algák választanak ki, hogy felvehetővé tegyék a szervesen kötött vasat.

Szerves vegyületek, melyeket kémiai védekezésre használnak

• Allelokémia és antimetabolitok

• Az algák, mint ahogy a magasabbrendű növények, szerves vegyületeket választanak ki, melyek gátolják a kompetítoraik fejlődését.

• Kiválasztott anyagok óriási hígítása

• édesvízi kékeszöld algák, vagy a tengerek és a brakkvizek dinoflagellátáinak

• legmérgezőbb ismert anyagok, de nem ölik meg azokat a szervezeteket, melyek velük táplálkoznak.

• a kagyló okozta emberi paralitikus mérgezés egy neurotoxinnak köszönhető, melyet szaxitoxinnak hívnak, és a kagylóban koncentrálódik, amely toxikus dinoflagellátákkal táplálkozik.

• A kékeszöld algák szaxitoxin, hepatotoxin emlősök - így az ember máját is roncsolja.

• Minden évben tucatnyi tehén és sertés pusztul el, mikor olyan vizet iszik, ami tartalmazza a kékeszöld algák toxinjait, de a többiek milliói, melyek olyan vizet ittak, mely ugyanilyen algákat tartalmazott, sértetlen maradt.

Szag problémát okozó anyagok

• A geosmin és a MIB (2-metil-izoborneol) alga és gomba szekretál, mely dohos szagot kölcsönöz a víznek.

• A szag eltávolítása drága kémiai eljárást igényel, mint az oxidáció, vagy az aktív szénen keresztüli filtráció.

Az éghajlat és a vízgyűjtő terület hatása

• Az alapkőzet, az éghajlat, a domborzati viszonyok, és a növényzeti borítás

• Az alapkőzet fokozatos mállása és pusztulása

• Az ellenálló, idős kőzeteken, így a grániton, metamorf homokkövön, vulkáni tufán kialakult hegyi tavak és patakok lágy vizének kémiai összetétele hasonlít az esővízéhez.

• A könnyebben oldódó üledékes kőzeten kialakuló tavak és patakok kemény vizűek.

• Az éghajlat befolyásolja a mállás sebességét, és az ásványok kioldódását.

• A szélsőséges meleg és hideg meggyorsítja a mállási folyamatot a kőzetek aprózódásával, és módosítja a talaj szerkezetét.

• A csapadékos mérsékelt klíma, dús növényzetű talajok,amelyek ellenállóak az erózióval szemben.

• A tavak és patakok vize nitrogéndús, de foszforban és szilíciumban hiányos lehet.

Emberi hatások a globális vízkémiára

• légköri terhelés

• nátrium és halogének (klór, bróm, jód és fluor

• vizek jelentős légköri ammónia-megkötő képessége

• emisszió, a tüzek, a porviharok és a vulkáni tevékenység

• A por adszorbeált nitrogént, foszfort, valamint nyomelemeket tartalmaz.

Talajerózió és üledékek

- fakitermelési, mezőgazdasági, útépítési és településfejlesztési területek

- az üledék megölheti a halakat, vagy a kopoltyúk eltömésével ronthatja légzésüket, beboríthatja a halak ikrázó kavicsait és betemetheti az alámerülő növényeket.

• Az üledék a vizes és szilárd fázis között megvalósuló ioncsere helyeként szolgál.

• dinamikus egyensúly, ill. ütköző rendszer

• Az üledék mennyiségének növekedése felboríthatja ezt az egyensúlyt.

• Az üledéken és kőzettörmeléken rögzülő baktériumok a részecske-víz határfelületen koncentrálódó oldott szerves anyagot hasznosítják.

Az erdővel való borítás :

• védi a talajt a fizikai eróziótól,

• a gyökerek felszívó működése lehetővé teszi a tápanyagok újrahasznosítását.

Az oxigén

• fotoszintézisből

• 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

• a fitoplankton

• sekély vizekben litorális fajok - makrofiták, rögzült algák és benthikus algacsomók

• patakokban a perifiton algák

Oxigénveszteség

• respiráció

• kémiai oxidáció

• bakteriális tevékenység

• a tavi szerves üledék határán

Szén-dioxid a tavakban

• esővízben oldódik

• A víz átfolyva a szerves talajon, magával viszi

• A növények, állatok, és aerob lebontó baktériumok légzése

• szénhidrátok anaerob lebontása az üledékben

• okozhatja a CaCO3 kicsapódását, ami az üledékben halmozódik fel, és feloldódhat Ca(HCO3)2 formájában.

A szén-dioxid belép a vízbe

• 1. CO2 + H2O H2CO3

• 2. H2CO3 HCO3- + H+

• 3. HCO3- CO32- + H+

• 4. Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O

Puffer rendszerek

• A pufferek segítenek elviselni a hidrogénion koncentrációjának változásait, amikor más lúgos, vagy savas oldatok adódnak a vízhez.

PUFFER OLDATOK

• Gyenge savnak és sójának vizes oldata, vagy

• Gyenge bázisnak és sójának vizes oldata

• pH-juk állandó

• pH-juk nem függ a hígítástól

• Pufferkapacitás = sav- vagy bázissemlegesítő képesség

• Pufferkapacitás függ a hígítástól

PUFFER OLDATOK

• Természetben fontosak (környezetben, szervezeten belül, sejten belül)

• Na2CO3, NaHCO3

• H2CO3, HCO3-, CO3

2- rendszer (szervetlenszén rendszer)

• Heterogén rendszerek pufferkapacitása nagyobb lehet, mint a homogén rendszereké (pl. CaCO3 szilárd fázis jelenléte a szervetlenszén rendszerben)

Gyenge bázis és gyenge sav reakciója:

B+ + A- + H2O BOH + HA

A hidrolízis állandó:

Kh = Kw/Ks Kb

Erős bázis gyenge savval alkotott sójának hidrolízise:

A- + H2O HA + OH-

A hidrolízis állandó:

Kh = Kw/Ks

(Kw = a víz ionszorzata)

Erős sav gyenge bázissal alkotott sójának hidrolízise:

B++ H2O BOH + H+

A hidrolízis állandó:

Kh = Kw/Kb

Alkalinitás

• bikarbonát és karbonát ekvivalens mennyiségével fejezik ki, bár más ionok közrejátszhatnak

Élettájak és élőlénytársulások a vizekben

Élőlény-környezet

• Egyetlen egyed

• Egy fajhoz tartozó „végtelen számú” vagy „véletlenszerű” egyedek.

• Ugyanannak a fajnak a természetben is egyűvé tartozó egyedei, populációja.

• Asszociáció, élőlénytársulás

• Biocönózis

Biocönózis

• Határozott helyhez, a biotóphoz kötött, egymással összefüggésben élő szervezetek „ természetes „ összessége, azaz egyedeiben törvényszerűen ismétlődő, teljes élőlény társulás, sajátos életfeltételekkel és megjelenéssel.

• Megvalósul benne a szervesanyag-termelés—fogyasztás—lebontás

• Törvényszerű fejlődés eredménye

• Jellegzetes állandó, változatos faji összetétel

• önszabályozás

• Megvalósul benne a szervesanyag-termelés—fogyasztás—lebontás

• Törvényszerű fejlődés eredménye.

• Jellegzetes állandó, változatos faji összetétel.

• Önszabályozás

Biotóp

• Az a hely, összes élettelen adottságaival együtt, ahol a biocönózis él.

• Csak a biocönózisnak van biotópja! (egyed, faj stb nincs)

• Pl.: fitoplanktonnak, teljes planktonnak sincs.

• „habitat” (tartalom nélküli hely)

• Ökoszisztéma=biocönózis+biotóp

Állóvízi élettájak vázlata

• Tengerekben és kontinentális állóvizekben négy élettáj vagy tájék(régió)

• függőleges rétegek, (sztrátumok)

• vízszintes életövek , (zónák)

Az állóvízi (limnális) élettájak

I. Nyíltvízi táj-pelagiális régió (pelágium)

• A víz alzat nélküli tömege.

• Függőleges rétegződés.• Mély tavak: epilimnion, metalimnion, hipolimnion.

• Fotikus vagy trofogénikus réteg, szervesanyag termelés (építés tere).

• Afotikus vagy trofolitikus réteg, heterotróf élőlények, (bomlás tere).

II. Parti tájék-litorális régió

• Nem azonos „part” kifejezéssel, hozzátartozik a víztömeg is.

• 1.Száraz parti öv (paralimnolitorális zóna)

1.1.Locsolás tere (szupralitorális lépcső), hullámok által időnként nedvesített

1.2. Partszegély (epilitorális lépcső), szárazföld része, nedvességkedvelő növényzet

• 2. Parti öv (litorális zóna), magas vízálláskor teljes egészében víz alatt.

• Felső határa: magas vízállás vízvonala

• Alsó határ: az a vízmélység, amíg a nagytermetű, gyökerező hínárok terjednek. (víz mélység, átvilágítottság, mederalkat, széljárás, üledék minősége)

• 2.1. Valódi part (eulitoráis lépcső) a magas és alacsony vízállás vízvonalai között.

• 2.2. Alámerült part (infralitorális lépcső) állandóan vízzel fedett.

A parti táj (litorális régió) víz alatti része (hidrolitorál):

• nagytermetű vízinövények• átvilágítottság• kedvező hőmérsékleti viszonyok• élénk kicserélődés• hullámmozgás (lotikus, lenitikus)• alzat bősége• lapos vagy meredek part• a part anyaga

Parti öv

• Néha víztelenség, kiszáradás = sajátos kontinentális vízi élőlények

• Közvetít a víz és szárazföld között.

• Anyagok bemosódása ill. kikerülése.

• A vízi ökoszisztéma védelme.

• Vízig érő településsáv, betonburkolat=a parti táj élővilágát szegényíti, elpusztítja, a tó természetes védelmét hatástalanítja.

III. Mélységi táj-profundális régió

• A parti és mélységi öv között átmeneti öv (litoriprofundális zóna= szublitorális, eprofundális)

• néha a parthoz, néha a mélységhez sorolják

• makrovegetáció alig van, fenéklakó algaegyüttesek.

Profundális régió:

• 1. Valódi mélységi öv (euprofundális zóna) a litoprofundálist követi

• 2. Alsó mélységi öv (abisszális zóna) 600 m alatt, édesvízben csak a Bajkál- és Tanganyika-tóban.

IV. Föld alatti vízi táj-freatális régió

• Alapkőzet likacsaiba hatol a víz (átitató, interszticiális vizek)

• A felszíni vizek föld alatti szférája

• 1-4 m mélység

• A parttól 50 m távolság.

LIT

OR

ÁL

IS R

ÉG

IÓP

RO

FU

ND

ÁL

ISR

ÉG

IÓ

(”hiperlimnion”)

PELAGÁLIS RÉGIÓ

para

lim

nolito

ráli

szó

na

lito

ráli

szó

na

epili-torálislépcső

szupra-litorálislépcső

eulitorálislépcső

infralitorálislépcső

litoriprofundáliszóna

euprofundális vagy bathiáliszóna

abisszális zóna

FREATÁLIS RÉGIÓ (hiporheális + sztigális zóna)

magasvízállás

alacsonyvízállás

felületihártya

epilimnion

metalimnion

hipolimnion

FOTIKUSRÉTEG

AFOTIKUSRÉTEG

(építés tere)

(bomlás tere)

trofogénréteg

trofolitikusréteg

Az állóvízi (limnális) élettájak

Állóvízi társulások

Pelagiális régió (nyíltvízi táj):

1.Alzat nélküli élet:

• Plankton: lebegő életmód, korlátozott önálló mozgás

• Nekton: nagy testű úszó

2. Interfaciális élet:

• Víz-levegő interfaciálisán: neuszton és pleuszton

• Víz-szilárd fázis határán: benton

• Benton: a víz-szilárd fázis határán található élőlények és élőlénytársulások összesége.

• Bentosz: A fenéken élő együttes gyűjtőneve, a vízfenék élővilága.

• Bentikus: A fenéken élő, fenéklakó (jelző).

• Bentonikus: a víz-szilárd fázis határán élő (jelző).

• Benton:

• 1. Bentosz: a meder felületén és anyagában, vízfenéken élő.

• 2. Élőbevonat (biotekton, epibenton, haptobenton), a fenéktől eltérő egyéb alzaton. Biofilm, hártyaszerű.

Biotekton

• 1. bakteriotekton

• 2. fitotekton

• 3. zootekton

• Primér, szekunder: kagyló és rajta a szivacs.

Biotektonikus

• Epifitikus:növényen

• Epizoikus:állaton pl:kagylón

• Epixylikus: fatörzsön

• Epilitikus: kövön

• Epimetallikus:fémen

• Rhizomenon: gyökerező növényzet

• Pleuszton: a felszíni hártyán lebegő:

a, epineuszton: a felszíni hártya levegő felé eső felületén

b, hiponeuszton: a felszíni hártya alsó lapján

• Metafiton: a növényzet és a moszatgyepek közötti vízben.

• Bentosz (herpon): a meder szilárd felületén.

• A meder anyagába rejtve:a, pelon: laza, finom szemcséjű iszapban.b, pszammon: homokos fenék likacsaiban.

• Endobenton: az alzat belsejébe hatoló élőlények.

• Pekton: tömött, rövid gyepű, nemezes bevonatok.

• Plokon: laza, hosszú szálak, fonalak alkotta moszatgyepek.

Alzat nélküli társulások

A plankton

• A vízben nemcsak oldott, hanem formált, alakos, szilárd, szuszpendált, ún. lebegő anyagok is vannak.

• A vízben úszó vagy lebegő mikroszkópikus szűrhető-űlepíthető szilárd részecskék: szeszton (mikrohordalék).

• Planktoszeszton: ha ez lebeg a vízben.

• Neusztoszeszton: ha a felületi hártyán úszik vagy ráakad.

• Bioszeszton: az élőlény összetevők összessége.

• Abioszeszton (tripton): ha eredetileg holt.

• Nekroszeszton: ha elhalt élőlények teste alkotja.

• Az élő mikrohordalék, a bioszeszton lebeghet a vízben:plankton.

• Felületi hártyához kötött: neuszton.

• Abioszeszton, tripton szintjén: planktotripton.

• A vizen úszva: neusztotripton.

• A plankton az alzat nélküli vízben lebegő élőlények összessége, melynek saját mozgása a víz áramlásához képest elhanyagolható.

• Euplankton: mély tavakban, tengerekben, csak valódi plankton lények,alzat nélkül normális életfeltételek, ott szaporodnak.

• Holoplanktonikus elemek:• Egész életüket a planktonban élik.

• Meroplanktonikus elemek: csak bizonyos állapotukban élnek a nyílt vízben. Pl.: árvaszúnyogok vagy vándorkagyló lárvája.

• Limnoplankton: mély tavakban .

• Heleoplankton:sekély tavak vagy időszakos vizek.

• Rheoplankton: mozgó, áramló vizekben.

• Rheoplankton: mozgó, áramló vizekben.• Potamoplankton: folyami formája.• Tichoplankton: felkevertfenéklakók, leszaggatott élőbevonat.• Hálóplankton: 25-ös molnárszitán fennmaradó, 60 mikrométer

feletti.• Merített plankton: minden vízben lebegő élőlény vizsgálható.

• Az élőszervezetek fajsúlya egynél nagyobb,ezért a plantonlények süllyednek a vizen.

• A süllyedés gyorsasága=túlsúly/alaki ellenálás*viszkozitás• Túlsúly=a test és a közeg fajsúlykülönbségének és a test

térfogatának szorzata.

• Túlsúly=a test és a közeg fajsúlykülönbségének és a test térfogatának szorzata.

Csökkentése:• Vékony héj, kocsonya burok• Kis fajsúlyú zsír- és olajzárványok, gázvakuolumok.• Egy vegyértékű ionok fölhalmozása a sejtnedvben.

• Az alaki ellenállás fékezi az ülepedést, és a haladásirányára merőleges vetület nagyságától függ.

• Lebegés – fotoszintetizáló rétegben maradás.

• Süllyedés-vízcsere.

• Vízszintes és függőleges irányban egyenlőtlen rajok.

• Termelő-fogyasztó-lebontó elemek egymás mellett. Egységes ökoszisztéma.

• Bakterioplankton

• Fitoplankton

• Zooplankton

B E

N T

O N

SZTIGON (sztigopszammon, stigopszefon)

pelon

pszammon

rhizomenon

pleuszton

metafiton

plokon

pekton

endobenton

epineuszton

hiponeuszton

PLANKTONNEKTON

PLANKTONNEKTON

biotekton autotrófia

heterotrófia

A vízi társulások áttekintése

Folyóvízi élettájak és társulások

• Nyíltvízi táj: mediális régió

• Parti táj: ripális régió

• Föld alatti táj: hiporheális régió

• Folyóvíz tájak felosztása az uralkodó halfauna szerint.

A folyóvizek (rheális) szinttájai

Tájék SzinttájEkoszisztémák

összessége

Forrástájék (krenális)

forrásszinttáj eukrenon

forrás-kifolyó szinttáj hipokrenon

Pisztrángfélék tájéka (rhitrális)

felső pisztráng- csermelyek, hegyi

szinttáj patakokepirhitron

alsó pisztráng- patakok

szinttájmetarithron

pénzespér- hegyi folyók

szinttájhiporithron

Pontyfélék tájéka (potamális)

márnaszinttáj kisebb folyók epipotamon

dévérkeszeg- síksági folyók, szinttáj folyamok

metapotamon

lepényhal-dur- esztuáriumok

bincs szinttájhipopotamon

A folyóvizek (rheális) szinttájai

• I. Forrástájék (krenális régió)

Feltörés módja szerint:

• csörgedező (rheokrén)

• feltörő (limnokrén) (forrástó)

• mocsárforrás (helokrén

Forrás szinttájai

Szinttáj Élővilága

(krenon)

forrásszinttáj eukrenon

forrás-kifolyó szinttáj hipokrenon

II. Pisztrángfélék tájéka (rhitrális régió)

• 3 m-nél sekélyebb

• gyors folyású, hideg tiszta vizű

• kevés szerves anyagot termelő

Pisztrángfélék szinttájai

Szinttájak Élővilága (rhitron)

Felső pisztrángszinttáj

Csermelyek, hegyi patakok

epirhitron

Alsó pisztrángszinttáj

patakok

metarhitron

Pénzespér szinttáj

Hegyi folyók

hiporhitron

1. Felső pisztrángszinttáj:

• igen gyors sodrás, hideg, nagy esés

• keskeny patak, 25 m-nél keskenyebb

2. Alsó pisztrángszinttáj:

• még mindig gyors, hideg, nagy esés

• szélesség 100 m is lehet

• oxigénben gazdag

• pisztáng, hegyi pataki fauna

3. Pénzespér szinttáj:

• víz mozgás élénk, esés csökken

• folyóágy kavicsos, mérete tekintélyes

• iránya kanyargós

III. Pontyfélék tájéka (potamális régió)

Szinttájak Élővilága (potamon)

Márnaszinttáj

Kisebb folyók

epipotamon

Dévérkeszegszinttáj

Síksági folyók, folyamok

metapotamon

Lepényhal-durbincsszinttáj

esztuáriumok

hipopotamon

1. Márnaszinttáj:

• megindul a feltöltés, esés enyhe, de még változékony

• folyóágy méretei változóak

• kisvíz idején saját üledékében kanyarog

2. Dévérkeszegszinttáj:

• a meder lassan, nagy kanyarokat téve halad

• körülötte időszakosan elöntött ártér, galéria erdőkkel

• élővilág gazdag

• vízminőség biológiai tényezőktől függ

3. Lepényhal-durbincsszinttáj:

• legalsó, a tengerrel keveredő eusztáriumban alakul ki

• félsós víz (brakvíz)

A TAVI ÖKOSZISZTÉMA ELEMEI

Társulások

• Bakterioplankton

• Fitoplankton

• Zooplankton (egysejtűek, kerekesférgek, kisrákok)

• Magasabbrendű vízinövények (makrofiton)

• Makroszkópos gerinctelenek (csigák, kagylók, szivacsok, stb.)

• Halak (növényevők, fenéktúrók, ragadozók)

A TAVI ÖKOSZISZTÉMA ELEMEI

Élőhelyek

Levegő – víz határfelület

Nyíltvíz

Üledék (bentosz)

Élőbevonat

Parti zóna

A TAVI ÖKOSZISZTÉMA ELEMEI

Kölcsönhatások az ökoszisztémában

Energia áramlás szintjei

Táplálkozási kölcsönhatások

Kompetíció

Minden elem összefügg egymással

A növények és környezetük

- 1. Azok a növények amelyek a nyíltvíz és a szárazföldi átmeneti zónában élnek.

a. rengeteg megfogalmazása létezik a kérdésnek.

b. A leginkább elfogadott definíció:

“Vízi növények azok a vizes élőhelyekhez teljes mértékben alkalmazkodott növények, amelyek teljes életciklusukat álló- vagy folyóvízben, illetve elárasztott vagy vízzel átitatott talajban élik le.”

Megj.: Taxonok, amelyekről tudjuk hogy morfológiai, élettani és szaporodásbiológiai tulajdonságaikban a vízi környezethez hozzá idomultak. (Mezőg. termesztett növények amelyek belvizes szántón „tengenek” nem tekintjük annak)

I. Mik azok a vízi növények?

Legfontosabb környezeti tényezők

1. Fény

2. Hőmérséklet

3. Hidrosztatikus nyomás

4. Áramlások és turbulencia

5. Üledék

6. Változó környezet a szukcesszió során

1. Fény

Fizikai természete: hullám és részecske tulajdonság

A mindennapi életben a λ = 390-750 nm hullámhosszúságú elektromágneses sugárzást nevezik fénynek, mivel emberi szem csak ezt a tartományt érzékeli közvetlenül.

Fotoszintézis: abszorpciós csúcsai:

• klorofill-a: 640 nm és 405 nm

• klorofill-b: 620 nm és 440 nm

• egyéb pigmentek (xantofilok, karotinok) a fény más hullámhossz tartományának megkötésére

A fényenergia mennnyisége függ:

1. Tszf. magasság: Minél magasabban vagyunk annál nagyobb E tartalmú.

2. Szélességi fok: Az egyenlítőnél merőlegesebb mint a sarkokon. Minél merőlegesebb, annál nagyobb E tartalmú

3. Napszak: Délben merőlegesebb.

1. Évszak: Nyáron merőlegesebb

Egyéb befolyásoló tényezők: (fény szóródása, reflekciója)

Atmoszféra: Alacsony frekvenciájú, nagyobb hullámhosszúságú fénytartományok kiszűrése. (O2, O3, CO2, H2O).

Víz (v. egyéb felület) - Visszaverődése függ:

• A beesési szögtől. (Minél meredekebb annál kisebb.)

• A részecskéktől: pl.: jég kristályok, levegő buborékok, lebegő anyagok

• A víz felületétől: a hullámok növelik a visszaverődést (10-20%-al)

Ezek együttesen okozzák a vizekben a (fotikus) zonációt!

Fotikus zóna

Pleuszton

Limnosz

Bentosz

Profundális régió

Ártéri vegetáció

Felső- Középső- Alsó-

Litorális (parti ) öv

Pelagiális öv(szabad, nyílt vízfelszín)

Magas ártér Alacsony ártér

1. A vízinövények fény- alkalmazkodási mechanizmusai

Mocsári növények – (vízből kiálló növények)• Leveleik egyenesek és függőleges állásúak (minimalizálva így az önárnyékolást)

• Növekedésük és populációs stratégiájuk szezonális

• sűrű (monodomináns) állományokat képeznek

Így érik el a maximális egyedi produktivitást, erős kompetíciót idézve elő az alattuk növő növényeknek.

Kiterülő hínár növények• Gyökerezőek, kiterülő levéllemezzel a víz felszínen.

• Jól fejlett „tipikus” struktúrájú levél (parenchyma szöveti struktúra).

• Erős kompetíció a fényért (a levelek általában azonos méretűek és teljesen beborítják a vízfelszínt anélkül, hogy átfedések lennének).

(Nymphaea alba esetében erős összefüggés van a szárhossz és a vízmélység között. Mindig van 20 cm a levél és a vízfelszín között (hullámzás). + A szár addig nő, amíg el nem ér egy üres helyet (sűrű állományokban)).

1. Fény-alkalmazkodási mechanizmusok

Alámerült hínarak:

Extrém adaptációk a változatos víz alatti fényviszonyokhoz:

• A levelek extrémen szeldeltek

• Vékony kutikula

• A levelek nagyon vékonyak (pár sejtsor vastagok)

• A kloroplasztiszok száma igen magas az epidermiszben

• Szárelágazások száma csökken, fokozott szármegnyúlás.

• Árnyék adaptált növények fotoszintézisének hatékonysága nagyobb.

• Érzékenyebbek az UV sugárzásra.

2. Hőmérséklet

A víz fizikai tulajdonsága

• A hinarak növekedési és életmenet stratégiáit sokkal inkább befolyásolja, mint a szf.-iekét.

• Nagy különbségek a vannak a fajok között a fotoszintetikus-aktivitás hőmérséklet összefüggésében. (Főképp alacsonyabb hőmérsékleten)

• Hőmérséklet mint kompetíciós tényező (hidegben is van metabolizmus, örökzöld jelleg – előny)

3. Hidrosztatikus nyomás

A fotoszintézis limitáló tényezője 10 m-nél mélyebb rétegekben

Közepes nyomás (0,5-1 atm = 5-10 m) – átlagos növekedés.

(Feltételezés) Nagyobb nyomás – kifejezettebb elágazódás a növekedés során.

A nyomás - hőmérséklet - fény együttesen határozzák meg az elterjedést.

(Pl.: Növekvő nyomás hatására a Hippuris vulgaris erős fény hatására, meleg vízben (>15˚C) csírázásnak indul.)

4. Áramlások, turbulenciaAdaptációk:

szabadúszó növények (Lemna, Spirodela) számára nincs,

gyökerező növények számára van alkalmazkodási lehetőség:

Mély elágazó gyökérzet, kiterjedt állomány előnyt jelent.

Hasonló alkalmazkodási mechanizmusok távoli rokon fajoknál is.

Extrém körülményeket nem viselik el.

Úszó levelű gyökerezők:

• Pajzs alakú levél• Erős szövet• Ép levélszél• Hydrofób felület• Hajlékony szár

Alámerült gyökerezők:

Három levéltípus:

• Ép: leggyakoribb. Ált. hosszúkás-szalag alakú v. szálas

• Lyukacsos: ritka.

• Osztott: közönséges. Ált örvösen állnak és sűrűn szeldelek. A felület/térfogat maximális-(fény tápanyag abszorpció). Az ilyen növények szűk területre szorultak (mély víz, árnyékolt helyek, folyók szélei).

5. Üledék

Típusa, minősége a vízmozgás függvénye

Meghatározza a rajta keletkező növényzet minőségét

• Szerves és szervetlen anyagokat tartalmaz

• Fő színtere a mikrobiális lebontásnak – ezek felelősek az O2 hiányért és a reduktív környezetért

• Anoxigenikus – (lassabb mineralizáció, ezért sokkal többféle elem lehet elektron akceptor)

• Anoxigenikus, H2S-ben gazdag üledékhez kell a növények gyökerének alkalmazkodnia.

5. Üledék - alkalmazkodás

• A belső légvezeték rendszerek igen eltérőek a taxonoknál, de mindig kiterjedtek (akár a 70%-a a teljes térfogatnak)

• A vezetékek „zsilipelése” (gázoknak permeabilis)

• Átszellőztetés nyomáskülönbség kialakításával- anoxikus környezetben (pl Nuphar lutea gyökere)

• A mérgező bomlástermékek (bakteriális végtermékek) semlegesítése oxigenikus védőréteggel

A vízinövények élet- és növekedés formái, funkcionális csoportosításuk

és társulásaik

A vízi élettáj típusoka Fitál (Phytal)

• Fő élettáj típusok

• Faciál (vízfelületi élettáj)

• Fitál (makrovegetáció-borítású élettáj)• Bentál (üledékfelszín és üledékben lévő vízi élettáj)• Pelagiál (nyílvízi élettáj)• Sztigál (alapkőzetben lévő, felszíni víztérhez közvetlen

kapcsolodó vízi élettáj)• Freatál (alapkőzetben lévő, felszíni víztérrel közvetlen

kapcsolatban NEM lévő vízi élettáj)

HínarasokHínarasok•Állóvizek vagy lassú folyású vizek. Állóvizek vagy lassú folyású vizek.

•Ph, mélység, tápanyag ellátottság.Ph, mélység, tápanyag ellátottság.

Eutróf-disztrófEutróf-disztróf

OligotrófOligotróf

HalotrófHalotróf

•Alacsony fajszám (1-5)Alacsony fajszám (1-5)

•Azonos alkalmazkodási konvergenciákAzonos alkalmazkodási konvergenciák

•Egyöntetü ökológiai és szociológiai viselkedés. Sok a pionír, kevés a Egyöntetü ökológiai és szociológiai viselkedés. Sok a pionír, kevés a specialista.specialista.

•IgénytelenekIgénytelenek

MocsarakMocsarak

•Állandóan vagy az év nagy részében vízzel borítottak

•A társulások szerkezetét alapvetően a hygrophyton növények anatómiai felépítése, ökológiai viselkedése és terjedési mechanizmusa határozza meg

•Több faj (5-10-(30))

•A lápoktól a folyamatos oxigén és tápanyag bevitel különíti el.

LápokLápok

•Vízhez kötött Vízhez kötött oligotrófoligotróf termőhelyeken kialakult pionír jellegű termőhelyeken kialakult pionír jellegű társulások. társulások.

•Bő vízellátottság, Bő vízellátottság, tápanyagszegénységtápanyagszegénység ( (anaerob bomlásanaerob bomlás))

•SavanyúSavanyú kémhatás kémhatás

•Tőzeges láptalajTőzeges láptalaj

LápokLápok

Forrásláp:Forrásláp: Friss vízellátás. Dombos-hegyes vidékeken. Oligotróf, Friss vízellátás. Dombos-hegyes vidékeken. Oligotróf, tápanyagszegény.tápanyagszegény.

Átmeneti láp:Átmeneti láp: mészben szegény, mészben szegény, jó vízellátású jó vízellátású helyeken. A Sphagnumok helyeken. A Sphagnumok keveset borítanak. keveset borítanak.

Dagadólápok:Dagadólápok: Előzőnél még savanyúbb, dagadó Előzőnél még savanyúbb, dagadó Sphagnum aljzatSphagnum aljzat. . Specialista fajokban (Specialista fajokban (reliktumokreliktumok) gazdagabb. Lokális földtani hatás) gazdagabb. Lokális földtani hatás

A HIPOLIMNION ANAERÓBIÁJÁNAK KÖVETKEZMÉNYEI (1)

1. Kémiai következmények

Vas redukciója, Fe(OH)3 Fe2+

Mangán redukciója, MnO2 Mn2+

Vashoz kötött foszfor oldódása

A HIPOLIMNION ANAERÓBIÁJÁNAK KÖVETKEZMÉNYEI (2)

2. Biológiai következmények

Lebontási folyamat túlsúlya Szén-dioxid felszabadulása pH csökkenése

Denitrifikáció, NO3- N2

Ammónia képződés

Szulfát redukció, SO42- H2S

Metán fermentáció, CO2 CH4

Anaerób lebontás során íz és szaganyagok keletkezése

TÁPANYAG (1)

• Növények

– Szervetlenből szerves anyagot állítanak elő (fotoszintézis)

– Bruttó fotoszintézis = nettó + légzés

– Legfontosabb tápanyagok: C, N, P

– Liebig törvény

– C : N : P = 106 : 16 : 1

TÁPANYAG (2)

• Állatok

– Növényevők

– Húsevők

– Mindenevők

• Szaprofág szervezetek (pl. baktériumok, gombák)

A tápanyagforgalom és a táplálkozási kapcsolatok egyszerűsített folyamatábrája

Minőség

Dolgok, jelenségek, folyamatok belső lényegi tulajdonságainak összessége, melyek révén azok egymástól elkülönülnek

Alkalmasság, jóság

A minőség emberközpontú alkalmazása.

Felhasználástól függ a kedvező vagy rossz minőség (Pl. halászat, fürdés, ivóvíz, ipari víz, öntözővíz, stb.)

Vízminőség

Régi megfogalmazás:

A természetben előforduló víz tulajdonságainak összessége.

Új megfogalmazás:

A víztest állapota, amely az „n” dimenziós topológiai térben egy ponttal jellemezhető, ahol n = a víztest tulajdonságainak összességével.

A valóságban az „n” számú jellemző nem határozható meg, kevesebbel kell beérni (idő, anyagi korlát, stb.)

SZENNYEZŐANYAGOK TÍPUSAI

• OXIGÉNELVONÓ ANYAGOK (főként szervesanyagok)

• NÖVÉNYI TÁPANYAGOK (N és P)

• SZERVES MIKROSZENNYEZŐK (Peszticidek, gyomirtó szerek, szerves vegyipari hulladékok, stb.)

• LEBEGŐ ANYAGOK

• NEHÉZFÉMEK (Cd, Cu, Cr, Ag, Hg, Fe, Mn, stb.)

• FETŐZŐ ÁGENSEK (baktériumok, vírusok, stb.)

• RADIOAKTÍV ANYAGOK

• HŐ

A SZENNYEZŐ ANYAGOK HATÁSAI

• A VÍZI OXIGÉNFORRÁS CSÖKKENÉSE

• EUTROFIZÁLÓDÁS

• A TÁPLÁLKOZÁSI KAPCSOLATOK SÉRÜLÉSE

• POTENCIÁLIS TOXIKUSSÁG

• JÁRVÁNYOK

• ESZTÉTIKAI ÉRTÉK CSÖKKENÉSE

• KORRÓZIÓ

• BIOKORRÓZIÓ

ÖSSZES SZENNYEZŐANYAG TERHELÉS

• HÁTTÉRTERHELÉS (TERMÉSZETES EREDET)

• IPARI/KERESKEDELMI TERHELÉS

• HÁZTARTÁSOKBÓL SZÁRMAZÓ TERHELÉS

• MEZŐGAZDASÁGI TERHELÉS

• MÚLTBELI SZENNYEZÉSEKBŐL SZÁRMAZÓ MARADVÁNY TERHELÉS

VÍZMINŐSÉGI JELLEMZŐK

• ÁLTALÁNOS PARAMÉTEREK

• SZERVETLEN KOMPONENSEK

• SZERVESANYAGOK

• NÖVÉNYI TÁPANYAGOK

• FÉMEK

• SZERVES MIKROSZENNYEZŐK

• BIOLÓGIAI SZENNYEZŐK

• RADIOAKTIVITÁS

1. ÁLTALÁNOS PARAMÉTEREK

• Vízhozam, m3/s

• Vízhőfok, °C

• Oldott oxigén, mg/L

• pH

• Vezetőképesség, S/cm, 20 °C-on

2. SZERVETLEN KOMPONENSEK (mg/L)

• Anionok: klorid, szulfát, karbonát, hidrokarbonát, fluorid,

• Kationok: kálium, nátrium, kalcium, magnézium, vas, mangán

3. SZERVESANYAGOK (mg/L)

• TOC, DOC, BOI5, KOIMn, KOICr

4. NÖVÉNYI TÁPANYAGOK

• Összes P, PO4-P

• Összes N, NH4-N, NO2-N, NO3-N

• SiO2-Si

5. Szervetlen mikroszennyezők

• Összes Fe, Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, Mn, As

• Oldott Fe, Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, Mn, As

• Szilárd Fe, Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, Mn, As

6. SZERVES MIKROSZENNYEZŐK

• Fenolok és homológjai (C6H5OH)

• Klórozott szénhidrogének

7. BIOLÓGIAI SZENNYEZŐK

• Vírusok

• Baktériumok (összes baktériumszám 37 és 20 °C-on, Coliszám, Enterális coliszám, Streptococcus szám, Salmonella, Shigella)

• Féreg kitartóképletek (pl. ciszták)

8. RADIOAKTIVITÁS (Bq/L)

• Összes alfa aktivitás

• Összes béta aktivitás

• 40K

• 3H

• 90Sr

A vízminősítés szerepe a vízminőség-szabályozásban

Szennyezőanyag terhelés

Vízminőségi problémák Vízhasználati igények

Rendszeres vízminőségellenőrzés

Követelményeknekmegfeleltetés

Osztályozás, trendek

Ok-okozatiÖsszefüggések feltárása

Alternatív szabályozási javaslatok kidolgozása

Döntéshozás

Ellenőrzés

A MAGYAR VÍZMINŐSÍTÉSI RENDSZER

Felszíni vízre (folyókra, tavakra, tározókra)

• 250 mintavételi hely volt, ma 150

• Komponensek koncentráció értékei szerint

• Heti, kétheti, havi gyakoriságú mérés

• Mintegy 50-60 vízminőségi komponens

MSZ 12749 SZABVÁNY (1)

A szabvány a komponenseket az alábbi mutatócsoportokba sorolja:

• Oxigénháztartás

• Nitrogén és foszforháztartás

• Mikrobiológiai jellemzők

• Szervetlen mikroszennyezők

• Szerves mikroszennyezők

• Toxicitás

• Radioaktív anyagok

• Egyéb jellemzők

MSZ 12749 SZABVÁNY (2)

• Amennyiben a vizsgálatok száma több min 12, a 90 %-os összegzett relatív gyakoriságú (tartósságú) érték.

• Amennyiben a vizsgálatok száma kevesebb mint 12, a legnagyobb vizsgálati eredmény (az oldott oxigént és az oxigéntelítettséget kivéve).

• Egy-egy csoporton belül a legrosszabb osztály besorolású komponenst kell mértékadónak tekinteni.

Minden egyes vízminőségi komponens éves adatsorát a szabvány előírásainak megfelelően külön-külön kell értékelni. A mértékadó érték a vizsgálat gyakoriságától függően:

A felszíni vizek minőségi jellemzői és határértékei (kivonat az MSZ 12749 szabványból) (1)

OXIGÉNHÁZTARTÁS

KomponensI. II. III. IV. V.

osztály

Oldott O2, mg/L 7 6 4 3 <3

Oxigéntelítettség, % 80-10070-80

100-120

50-70

120-150

20-50

150-200

< 20

> 200

BOI5, mg/L 4 5 10 15 > 15

KOIps, mg/L 5 8 15 20 > 20

KOIk, mg/L 12 22 40 60 > 60

Pantle-Buck index 1,8 2,3 2,8 3,3 > 3,3

A felszíni vizek minőségi jellemzői és határértékei (kivonat az MSZ 12749 szabványból) (2)

TÁPANYAG HÁZTARTÁS

KomponensI. II. III. IV. V.

osztály

Ammónium-ion, mg/L 0,26 0,64 1,29 2,57 > 2,57

Nitrit-ion, mg/L 0,033 0,100 0,329 0,986 > 0,986

Nitrát-ion, mg/L 4,43 22,14 44,28 110,7 > 110,7

Összes foszfor1 mg/L 100 200 400 1000 > 1000

Összes foszfor2 mg/L 40 100 200 500 > 500

PO4-P1 mg/m3 50 100 200 500 > 500

PO4-P2 mg/m3 20 50 100 250 > 250

A-klorofill, mg/m3 10 25 75 250 > 250

1 Nem állóvízbe engedés esetén, 2 egyéb

A felszíni vizek minőségi jellemzői és határértékei (kivonat az MSZ 12749 szabványból) (3)

MIKROSZENNYEZŐK, TOXICITÁS

KomponensI. II. III. IV. V.

osztály

Fenolok, mg/m3 2 5 10 20 > 20

ANA-detergensek, mg/m3 100 200 300 500 60 500

Kúolaj és termékei, mg/m3 20 50 100 250 > 250

EGYÉB JELLEMZŐK

pH - 6,5-8,06,0-6,5

8,5-9,0

5,5-6,0

9,0-9,5

< 5,5

> 9,5

Vezetőképesség 20 °C-on S/cm

500 700 1000 2000 > 2000

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (1)

I. osztály: kiváló víz: Mesterséges szennyező anyagoktól mentes,

tiszta, természetes állapotú víz, az oldott anyaga tartalom kevés,

közel teljes az oxigén telítettség, a tápanyagterhelés csekély és

szennyvíz baktérium gyakorlatilag nincs.

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (2)

II. osztály: jó víz: Külső szennyező anyagokkal és biológiailag

hasznosítható tápanyagokkal kismértékben terhelt, mezotróf jellegű

víz. A vízben oldott és lebegő, szerves és szervetlen anyagok

mennyisége, valamint az oxigén háztartás jellemzőinek évszakos és

napszakos változása az életfeltételeket nem rontja. A vízi

szervezetek fajgazdasága nagy, egyedszámuk kicsi, beleértve a

mikroorganizmusokat is. A víz természetes szagú és színű.

Szennyvíz baktérium kevés.

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (3)

III. osztály: tűrhető víz: Mérsékleten szennyezett víz, amelyben biológiailag hasznosítható tápanyagterhelés eutrofizálódást eredményezhet. Szennyvíz baktériumok következetesen kimutathatók. Az oxigénháztartás évszakos és napszakos ingadozása és az esetenként előforduló káros vegyületek átmenetileg kedvezőtlen életfeltételeket teremthetnek. Az életközösségekben a fajok számának csökkenése és egyes fajok tömeges elszaporodása vízszíneződést is előidézhet. Esetenként szennyeződésre utaló szag és szín is előfordul.

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (3)

IV. osztály: szennyezett víz: Külső eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, illetve szennyvizekkel terhelt, tápanyagokban gazdag víz. Az oxigénháztartás tág határok között változik, előfordul az anaerob állapot is. A nagy mennyiségű szerves anyag biológiai lebontása, a baktériumok nagy, valamint az egysejtűek tömeges előfordulása jellemző. A víz zavaros, esetenként színe változó, előfordulhat vízvirágzás is. A biológiailag káros anyagok koncentrációja esetenként a krónikus toxicitásnak megfelelő értéket is elérheti. Ez a vízminőség kedvezőtlenül hat a magasabb rendű vízi növényekre és a soksejtű állatokra.

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (3)

V. osztály: erősen szennyezett víz: Különféle eredetű szerves és

szervetlen anyagokkal, szennyvizekkel erősen terhelt, esetenként

toxikus víz. Szennyvíz baktérium tartalma közelít a nyers

szennyvizekéhez. A biológiailag káros anyagok és az oxigénhiány

korlátozzák az életfeltételeket. A víz átlátszósága általában kicsi,

zavaros, bűzös, színe jellemző és változó. A bomlástermékek és a

káros anyagok koncentrációja igen nagy, a vízi élet számára

krónikus, esetenként akut toxikus szintet jelent.

Szennyvíz kibocsátók

• Vizsgált komponensek

– Szervesanyag mutatók (KOI, BOI, CCl4-extrakt)

– Tápanyag formák (ÖP, PO4-P, ÖN, NO3-N, NO2-N, NH4-N)

– Nehézfémek

• Mérési gyakoriság: legalább évi négy (+ önkontroll mérések)

• Környezetvédelmi területi hatóság végzi a mérést

• Hat területi kategória (érzékenység szerint)

• Újabb határértékrendszer alapelvei

– Nem a koncentráció, hanem terhelés az irányadó

– Befogadó terhelhetősége szerinti határértékek

– Érzékeny vízbázisok figyelembe vétele

EU SZABÁLYOZÁS (91/271/EEC), KÉT FOKOZATÚ TISZTÍTÁSRA

• Határértékek VAGY eltávolítási hatásfokok

• BOI5 (25 mg/l; 70-90%)

• KOI (125 mg/l; 75%)

• Lebegőanyag (35 mg/l; 90%)

• Összes foszfor (2 mg/l, 80 %)

• Összes nitrogén (15 mg/l; 70-80 %)

ÚJ SZABÁLYOZÓ RENDSZER

• 203/2001 Kormányrendelet

• 9/2002 KöM/KöVim rendelet tervezet

• Technológiai határértékek

• Területi kibocsátási határértékek

• Egyedi vízgyűjtő területi határértékek

• Gondok: Szigorú határértékek, a kibocsátás területi hatósági elbírálási lehetősége

Felszín alatti víz

• Ivóvíz-kivétel követelményei irányadók

• Határértékek

– Megfelelő

– Tűrhető

• Víz nyerőhely jellegétől (talajvíz, rétegvíz) függő és attól független határértékek

A 3/1984 (II.7.) OVH számú rendelet határértékei a hat területi kategóriában

Komponens I. II. III. IV. V. VI.

pH6,5

8,5

6,5

96-9 6-9 5-10 6-9

KOICr g/m3 50 75 100 100 150 75

NH4-N g/m3 1,56 3,89 23,33 7,78 23,33 7,78

NO3-N g/m3 9,03 11,29 18,06 18,06 - 18,06

TP g/m3 1,8 2 2 2 - 2

ANA det. g/m3 2 2 5 5 5 5

CCl4 extr. g/m3 2 5 10 10 10 10

Lebegőanyag, g/m3 100 100 200 200 500 200

Víz Keretirányelv

Környezetpolitika: az állam környezetgazdálkodási stratégiája, amely a hatalom eszköze, a termelés, a fogyasztás, az életszínvonal és a környezetről való gondoskodás összehangolására.

Hosszú távú környezetgazdálkodási koncepcióra épülő intézkedés és eszközrendszer, amely a gazdaság és a társadalom minden területére kiterjedően gondoskodik a környezetvédelmi követelmények érvényre juttatásáról és az ennek érdekében szükséges technikai és jogi szabályok megalkotásáról és megtartásáról.

A környezetpolitika aktuális és távlati célkitűzéseket foglal magában, ugyanakkor helyi regionális és nemzetközi érvényű lehet.

Az Európai Közösség, illetve az EU 1972 és 1992 között több, mint 200, napjainkig további mintegy 100 környezetvédelmi jogszabályt alkotott.

A környezetvédelmi jogszabályok

Direktíva (Directive) Rendelet (Regulation) Döntés (Decision)

A körny.véd-i jogszabályok leggyakrabban használt típusa.

A körny.véd-i jogszabályok 10%-a rendelet.

Direktívák vagy rendeletek kiegészítéseként gyakran használják. A körny.véd. területén nem túl gyakoriak.

Általános célkitűzéseket, irányelveket fogalmaz meg.

Konkrét lépéseket ír elő. Specifikusak és nagyon részletesek.

Esetenként megengedett bizonyos mértékű eltérés tőle.

Minden változtatás nélkül kötelező az alkalmazásuk.

Minden változtatás nélkül kötelező az alkalmazásuk.

A direktívában megjelölt időponttól hatályos.

A rendeletben megjelölt időponttól hatályos.

A kézhezvétel időpontjától lép hatályba.

Előírt határidőn belül a nemzeti jogrendbe át kell ültetni tetszőleges, de kötelező érvényű szabályokkal.

Vissza kell vonni minden a nemzeti jogalkotásban velük szemben álló jogszabályt.

Hatókörében és alkalmazásában koncentrált.

Gyakorlati alkalmazásukra a tagállamokban a direktíva valamilyen nemzeti jogszabállyal való felcserélése után, annak hatályba lépését követően kerül sor.

Gyakorlati alkalmazásuk a tagállamokban a rendelet hatályba lépését követően azonnal kötelező.

Gyakorlati alkalmazásuk a címzett felekre nézve a döntés hatályba lépését követően azonnal kötelező.

• A direktíva speciális típusa a keretdirektíva, amely általános alapelveket, követelményeket fogalmaz meg, és amely egy komplex környezeti probléma megoldására egyszerre több gazdasági szektor, társadalmi alrendszer számára tartalmaz előírásokat.

• Ajánlások – nem kötelező érvényűek.

A vízvédelem jogszabályai

A vízvédelem volt a közösségi környezetpolitika egyik legkorábban kiemelt területe és a legnagyobb eredményeket az ipar által okozott vízszennyezés csökkentésében érték el.

Eddig a Közösség vízvédelmi politikája csak a víz minőségére és az azt szennyező anyagokra vonatkozott, amelyek keretében emissziós és immissziós határértékeket határoztak meg.

Az Európai Közösség 5. Akcióprogamjában (1993-2000) már együtt kezelte a vízminőség-védelmet a vízkészlet-gazdálkodással.

Ennek jegyében született meg 2000-ben a vízügyi keretdirektíva (2000/60/EEC).

Ennek fontosabb elemei: a vízkészlet-gazdálkodást (felszíni és felszín alatti), a természetes ökológiai állapot védelmével, a vízmennyiség-gazdálkodást a vízminőség védelmével kell összehangolni.

A környezeti elemekre irányuló környezetpolitika

A vízvédelem- A közösségi környezetpolitika a legnagyobb eredményeket az ipar által okozott vízszennyezés csökkentésében érte el.- 2000 – vízügyi keretdirektíva (2000/60/EEC) – a jogszabály legfontosabb tartalmi elemei a következők: vízkészlet-gazdálkodás, természetes ökológiai állapot védelme, vízmennyiség gazdálkodás, vízminőség védelem.- A tagállamoknak el kell készíteniük a vízgyűjtő-gazdálkodási terveiket. - A költségmegtérülés elve alapján 2010-ig a víz árába be kell építeni a tiszta víz előállításának valós költségeit.

„költség – visszatérülés” elv

Az Európai Uniónak az érvénybe lépő vízgazdálkodási keretirányelve kötelezően előírja a „költség – visszatérülés” elvének alkalmazását.

Az adott szolgáltatás ára fedezze a szolgáltatónál felmerült tényleges pénzügyi ráfordításokon kívül a környezetben és a vízkészletekben okozott negatív változások, illetve az esetleges kár helyreállításának költségeit. Fontos elem, hogy a szolgáltatásért ne a társadalom egésze, hanem mindig a szolgáltatás igénybe vevője, vagy a szennyezés okozója fizessen.

Lehetőség van azonban a vízszolgáltatások támogatására az adott régió vagy vízgazdálkodási ágazat kedvezőtlen szociális, környezeti, gazdasági, valamint éghajlati vagy földrajzi adottságának kompenzálására.

A környezeti elemekre irányuló környezetpolitika

A vízszennyezés és vízfelhasználás

- Az erősen szennyezett vizű folyók száma jelentősen csökkent az Európai Unióban. Ennek oka, hogy a folyókat szennyező pontszerű források száma csökkent.

- A folyók szervesanyag-tartalma 50-80%-os csökkenést mutatott az elmúlt 15 évben, nitrát-koncentrációjuk azonban 1980 óta folyamatosan növekszik, döntően a mezőgazdaság magas nitrogén-felhasználása miatt.

- Komolyabb vízhiány az Európai Unió déli tagállamaiban jelentkezik.

A környezeti elemekre irányuló környezetpolitika

A tengerek és a tengerpartok védelme

- A tengerpartok 85%-a közepesen és erősen veszélyeztetett a környezetterhelés szempontjából az Európai Unióban.

- Az 5. Akcióprogram minden törekvése ellenére az Európai Unió tengerpartjain a víz minősége nem javult és az integrált tengerparti környezetmenedzsment sem valósult meg.

Víz Keretirányelv

Az Európai Parlament és a Tanács 2000. Október 23.-i 2000/60/EK IRÁNYELVE

A Kormány

1189/2002 (XI.7.) Korm.

Határozata

a végrehajtásról, a Magyar Stratégiai Dokumentumról és az intézkedésekről

A Víz Keretirányelv célja 

Megakadályozza a vízi ökoszisztémák és vizes élőhelyek további romlását, védi

és javítja állapotukat.Előmozdítja a rendelkezésre álló vízkészletek hosszú távú védelmére

alapozott fenntartható vízhasználatot.Fokozottan védi és javítja a vízi környezetet a kiemelten veszélyes anyagok

bevezetéseinek megszüntetésével, a szennyező anyagok csökkentésével.

Hozzájárul az árvizek és aszályok mérsékléséhez.

A Víz Keretirányelv hatálya

• Hatálya kiterjed mind a felszíni, mind a felszín alatti vizekre, a vízi ökoszisztémákra és a vízi ökoszisztémáktól közvetlenül függő szárazföldi ökoszisztémák állapotának védelmére, a vízgyűjtő-gazdálkodásra, a vizek mennyiségi és minőségi védelmére, a vizekre káros szennyezőanyagok kibocsátásainak csökkentésére, megfelelő minőségű víz biztosítására, a vízgazdálkodás nemzetközi együttműködésére, valamint az árvizek és aszályok hatásainak ellensúlyozására.

• A keretirányelv a vizek jó állapotának elérési határidejét 2015. december 22.-ben határozza meg.

Az Európai Parlament és a Tanács 2000/60/EK Irányelve

• A Közösségben különbözőek a körülmények és a szükségletek, amelyek egyedi megoldásokat tesznek szükségessé.

• Ezt a különbözőséget figyelembe kell venni azoknak az intézkedéseknek a megtervezése és végrehajtása során, amelyek a víz védelmét és fenntartható használatát biztosítják egy vízgyűjtő határain belül.

• A döntéseket a vizeket érő hatások vagy használatok helyéhez a lehető legközelebb kell meghozni.

• A tagállamok felelősségi körébe eső tevékenységeknek prioritást kell biztosítani a regionális és helyi feltételekhez alkalmazkodó intézkedési programok kidolgozása során.

Víztestek kijelölése Víztestek kijelölése

Állapot értékelés (monitoring)Állapot értékelés (monitoring)

Célállapot megtervezése (vízgyűjtő Célállapot megtervezése (vízgyűjtő gazdálkodási terv)gazdálkodási terv)

Megvalósítás (vízgyűjtő igazgatás)Megvalósítás (vízgyűjtő igazgatás)

A Víz Keretirányelv néhány elve

• A víz más termékektől eltérően nem kereskedelmi termék, hanem örökség, amit ennek megfelelően kell óvni, védeni és kezelni.

• Integrált közösségi víz politikát kell kidolgozni.

• Vízgyűjtő elv alkalmazása.

A vízgyűjtő néhány jellemzője

A vízfolyások a vízgyűjtőről összegyűjtött vizeket a mederben koncentrálva szállítják tovább.

Az urbanizációs folyamatok növelik a felszíni lefolyást.

Az erdőirtások a felszíni lefolyás és szélsőségeinek megnövekedését idézik elő.

A felszíni lefolyás növekedése a talajlepusztulás

növekedéséhez is vezet.

A vízgyűjtő néhány jellemzője

A vízfolyások a medrükben levonuló vizeket a tér egy adott, általában egyértelműen körülhatárolható részéről gyűjtik össze. Ez a vízgyűjtő.

A felszíni összegyülekezéssel átfogott térrész a felszíni, a felszín alatti összegyülekezéssel átfogott térrész a felszín alatti vízgyűjtő.

A vízgyűjtőket egymástól vízválasztók határolják el.

A nagy esésű hegy- és dombvidéki területek a vízfolyások, a kisebb esésű, síkvidéki területek a viszonylag nagy felületű állóvizek kialakulásának kedveznek.

Fontos eleme a Keretirányelvnek a felszíni és a felszínalatti vizek állapotának figyelemmel kiséréseA felszíni vizek állapotának megítéléséhez a következőket írja elő :

Folyók :• biológiai elemek;• biológiai elemekre hatással lévő hidrológiai és morfológiai

elemek;• a biológiai elemekre hatással lévő kémiai – fizikai elemek

(hőmérséklet, oxigén ellátottság, sótartalom, savasodási állapot, tápanyag viszonyok);

• különleges szennyező anyagok (halogén-tartalmú szerves vegyületek, szerves foszfor vegyületek, szerves ón vegyületek, karcinogén vagy mutagén vegyületek, perzisztens szénhidrogének, cianidok, fémek és vegyületeik, arzén vegyületek, biocidok és növényvédő szerek, szuszpenzióban lévő anyagok, eutrofizációt elősegítő anyagok (foszfátok, nitrátok), oxigén háztartásra kedvezőtlen hatású anyagok).

Tavak:

• biológiai elemek;

• a biológiai elemekre hatással lévő hidrológiai és morfológiai elemek;

• a biológiai elemekre hatással lévő kémiai – fizikai elemek (átlátszóság, hőmérséklet, oxigén ellátottság, sótartalom, savasodási állapot, tápanyag viszonyok);

• különleges szennyező anyagok.

A Keretirányelv legfontosabb rendelkezései a

következők: • a vízgyűjtőkre vonatkozó intézkedési programok

meghatározása, (ebben újszerű elem a gazdaságossági vizsgálat beépülése a folyamatba);

• a vízhasználatok gazdasági elemzése (ivó-, ipari-, mezőgazdasági-, és jóléti vízkivételek, vízhasználatok; szennyvíz-elvezetés, tisztítás és visszavezetés; víztározás, vízátvezetések, vízminőség szabályozási beavatkozások, vizeket veszélyeztető területhasználatok)

• el kell végezni a vízszolgáltatáshoz kapcsolódó árak és költségek becslését, és a szükséges beruházásokkal kapcsolatos beruházási, környezeti és készlet költségek figyelembe vételével vizsgálni kell a költség visszatérülést, és ennek alapján ki kell választani a leginkább költség-hatékony megoldást.

A Keretirányelv legfontosabb rendelkezései a következők:

• ki kell jelölni a különös védelemben részesítendő területeket (ivóvízbázisok, szabadtéri fürdőhelyek, tápanyag-érzékeny területek, stb.);

• monitoring programok és rendszerek kialakítása;

• Vízgyűjtő Gazdálkodási Terv a tagállamok, és a csatlakozásra készülő országok teljes területére;

• A Keretirányelv előírásainak érvényesítésébe a társadalom bevonása.

Feladatok a vízi közmű szolgáltatás területén:

2010. végéig a vízszolgáltatások teljes költségmegtérülését biztosító díj- és támogatáspolitikát kell kialakítani.

Az Irányelv hazai végrehajtásával kapcsolatos intézkedésekről a Kormány a 2094/2001 (IV.30.) és a 2329/2001 (XI.21.) számú határozataiban rendelkezett.

A Keretirányelv hazai bevezetésének Stratégiai Dokumentuma az 1189/2002.(XI.7.) Korm. határozat.

Az EU-s előírásokból adódó legfontosabb hazai feladatok

Az ivóvíz szolgáltatás terén• az arzén határérték 50 mg/l értékről 10 mg/l –re

csökkentése. Ez 402 települést és 1272 ezer lakost érint.

• a nitrit, a bór, és a fluorid határértékek betartása, mely 121 települést és 179 ezer lakost érint.

• Az Ivóvízminőség-javító Program szerint 2009. végéig kell megoldani az arzén és nitrit tartalmú vizek kezelését, mellyel párhuzamosan számos esetben csökkenni fog a vas és mangántartalom is.

Az ivóvíz szolgáltatás terén• A program becsült költsége mintegy 200 milliárd Ft.,

melynek kb. felét a 2009.-ig végrehajtandó feladatokra kell fordítani.

• Egy adott település vízellátásának műszaki fejlesztése (új vízbázis felkutatása, és igénybevétele, jobb minőségű vizet biztosító rendszerhez csatlakozás, új vízkezelési technológia alkalmazása, szakszerűbb üzemeltetés) csak részletes szakmai és gazdaságossági vizsgálat alapján lehetséges.

• Ennek keretében mérlegelendő, hogy a javasolt megoldás hosszú távon a lehető legkevésbé növelje az üzemeltetési költségeket.

Az EU-s előírásokból adódóAz EU-s előírásokból adódó legfontosabb hazai feladatoklegfontosabb hazai feladatok

Az ivóvíz szolgáltatás terén• A Kormánynak központilag irányított stabil pénzügyi

konstrukciót kell kialakítani az ivóvíz minőség javító program megvalósítására.

• Az önkormányzatoknak gondoskodni kell a tulajdonukban lévő vízellátó művek rekonstrukciójáról és az üzemelési feltételek javításáról, hogy ezek megfeleljenek az előírt feltételeknek. Ennek költség fedezetét a vízdíjjal kell megteremteni.

• Az egyéb vízkezelést (vastalanítás, mangántalanítás), az üzemeltetői szervezetfejlesztést és csőhálózati rekonstrukciót 2015. – ig kell megoldani.

Az EU-s előírásokból adódóAz EU-s előírásokból adódó legfontosabb hazai feladatoklegfontosabb hazai feladatok

Az EU-s előírásokból adódó legfontosabb hazai feladatok.

A szennyvízelvezetés és-tisztítás terén• A feladatokat a Nemzeti Települési Szennyvíz-elvezetési

és -tisztítási Megvalósítási Program alapján hajtják végre.

• A kormányrendelet meghatározza az agglomerációkat illetve az ezekhez tartozó településeket.

• Az agglomerációk területén a települési szennyvizek közműves szennyvíz-elvezetését és a szennyvizek biológiai szennyvíztisztítását, továbbá a települési szennyvizek ártalommentes elhelyezését legkésőbb az alábbiak szerint kell megvalósítani:

• 2008. december 31-ig a 10 000 lakosegyenértéknél nagyobb szennyvízkibocsátású, a 240/2000. (XII.23 ) Korm. rend által kijelölt érzékeny területeken, a nitrogén- és foszforeltávolítás egyidejű biztosításával;

• 2010. december 31-ig a 15 000 lakosegyenértéket meghaladó szennyvízkibocsátású szennyvíz-elvezetési agglomerációk területén;

• 2015. december 31-ig a 10 000 – 15 000 lakosegyen-érték terheléssel jellemezhető szennyvízkibocsátású agglomerációk területén;

• 2015. december 31-ig a 2 000 – 10 000 lakosegyen-érték terheléssel jellemezhető szennyvízkibácsátású agglomerációk területén.

Az 1 lakosegyenérték (lae) azt a szerves, biológiailag lebontható terhelést jelenti, amelynek ötnapos biokémiai oxigén igénye (BOI5) 60 g oxigén/nap.

BOI – biológiai oxigén igény:Az az oxigén mennyiség, amely térfogategységben lévő oldott (kollodiális és szuszpendált), bomlóképes szerves anyagok lebontásához szükséges.

A Program Magyarország területén 682 db 2 000 lae feletti agglomerátumot határol le. A hazai sajátosságok miatt (sérülékeny felszín alatti vízbázis védelme) további 826 2 000 lae-nél kisebb terhelésű agglomerátumot is tartalmaz a Program.

A 2015-ig megvalósításra kerülő program összes fejlesztési program 14 251 km csatorna, és 4.1 millió lae teljesítményű szennyvíztisztító telep megépítését jelenti, melynek összes fejlesztési költsége 972,4 milliárd Ft. Az összes költség mintegy 50–60%-a költségvetési forrás, 20–30 %-a EU forrás. A fennmaradó 10-30 % önkormányzati saját erő (helyi adók, hitelek stb.)

VÍZMINŐSÉG

• A víz mint közeg tulajdonságainak összessége

• Ökoszisztémák életét befolyásoló, létrehozó, fenntartó tényezők összessége

• Négy tulajdonság csoport jellemzi

Halobitás (ion tartalom)

Trofitás (szervesanyag termelő képesség)

Szaprobitás (szervesanyag lebontó képesség)

Toxicitás (mérgező képesség)

• Vízminőség: antropocentrikus fogalom (mire használható a víz)

• Vízszennyezés: Olyan anyagok természetes vízbe juttatása, amelyek károsítják a vízi ökoszisztémát

Ökológiai szemlélet lényege

• Az ember igényli az egészséges környezetet

• Az emberiség túljutott az extenzív fejlődési szakaszon

• A mérnöki és az ökológiai egyensúly létrehozása az intenzív fejlődés feltétele

A halobitás fokozatai DÉVAI I. szerint

összes ion

mg/L

vezetőképesség

S/cm

0 ahalóbikus 0 < 10-6

1 béta-oligohalóbikus < 150 < 250

2 béta alfa-oligohalobikus 150-350 250-550

3 alfa-oligohalóbikus 350-600 550-1000

4 oligo-mezohalóbikus 600-900 1000-1500

5 béta-mezohalóbikus 900-1200 1500-2000

6 béta-alfa-mezohalóbikus 1200-1700 2000-2700

7 alfa-mezohalobikus 1700-2500 2700-4000

8 mezo-polihalóbikus 2500-4000 4000-6000

9 polihalóbikus > 4000 > 6000

TERMÉSZETES VIZEK ÖSSZES SÓ TARTALMA

Víztípus Sótartalom, mg/LÉdesvizek 50-500

Alpesi Tavak 100-200

Északnémet síksági tavak 200-400

Skandináv tavak 50

Sós tavak 20 000-ig

Tengervíz 40 000-ig

Balaton 500

Velencei-tó 800-1750

Szelidi-tó 1460-4100

Duna 250-400

Tisza 350

Dráva 250

A TENGERVÍZ ÖSSZETÉTELE

ELEM mg/Lklór 18 890

nátrium 10 560

szulfát-S 2 560

magnézium 1 270

kén 885

kalcium 400

kálium 380

bróm 65

szén 28

stroncium 13

bór 5

szilicium 3

fluor 1

A trófitás fokozatai

összes algaszám

a-klorofill

elsőleges termelés

106·liter-1 mg · m-3 mgC · m-2 · nap-1

gC · m-

2 · év-1

0 atrófikus 0 0 0 0

1 ultra-oligotrófikus < 0,01 < 1 < 50 < 10

2 oligotrófikus 0,01-0,05 1-3 50-100 10-25

3 oligo-mezotrófikus 0,05-0,10 3-10 100-200 25-50

4 mezotrófikus 0,1-0,5 10-20 200-400 50-100

5 mezo-eutrófikus 0,5-1,0 20-50 400-600 100-150

6 eutrófikus 1-10 50-100 600-1500 150-300

7 eu-politrófikus 10-100 100-200 1500-2500

300-500

8 politrófikus 100-500 200-800 > 2500 > 500

9 hipertrófikus > 500 > 800 ? ?

Az oligotrófia és eutrófia összehasonlítása (1)

Oligotrófia Eutrófia

Plankton

mennyisége szegényes gazdag

változatossága változatos, sok faj egyhangú, kevés faj

elterjedése mély vízben is csak a trofogén zóna

napi vándorlás élénk korlátozott

Alga tömegvegetáció

igen ritka gyakori

Az oligotrófia és eutrófia összehasonlítása (2)

Oligotrófia Eutrófia

Jellemző algacsoportok

Zöldalgák

Desmidiaceae

Kékalgák

Anabaena

Aphanizomenon

Microcystis

Oscillatoria

Kovamoszatok

Tabellaria

Cyclotella

Melosira

islandica

Kovamoszatok

Melosira )kiv.:

islandica)

Fragillaria

Stephanodiscus

AsterionellaAranybarna moszatok

Dinobryon

Az oligotrófia és eutrófia összehasonlítása (3)

Oligotrófia Eutrófia

Jellemző állatokBosmina

obtusirostris

Diaptomus gracilis

B. longirostris

Daphnia cucullata

Cyclops vicinus

Fenékfauna Tanytarsus Chironomus fajok

HalakMély, hűvös vizet kívánó fajok:

pisztráng, maréna

Felületi melegvíz kedvelők: ponty, csuka, sügér, keszeg

Az eutrofizáció

• Növényi tápanyagok – limitáló tényezőoligotróf – alacsony N, P (P < 10 mg/m3)eutróf – magas N, P (P > 20 mg/m3)

• Tápelemek optimális aránya: C : N : P = 106 : 16 : 1

106 CO2 + 16 NO3- + PO4

3- + 122 H2O + 19 H+ →

C106H263O110N16P1 + 138 O2

• Természetes eutrofizálódás• Antropogén (gyorsított) eutrofizálódás

Az eutrofizáció

Az eutrofizáció az állóvizeket érinti

Az eutrofizáció

A vizek antropogén tápanyag-túlterhelésének forrásai:

Az eutrofizáció folyamatának vázlata

Az eutrofizáció következménye egy tóbanAz eutrofizáció következménye egy tóban

Az eutrofizáció következményei

Károk, kellemetlenségek• eltömődnek a szűrők (kocsonyás burok)• kellemetlen szag vagy íz (egyes fajok)• a vízhálózatokban a heterotrófok elszaporodását segíti• fokozott fotoszintézis – fokozott ammónia-toxicitás

(lúgos)• kékalgák toxint termelhetnek• oxigén hiányos állapot• romlik a víz esztétikai állapota• a víz közegészségügyi szempontból kifogásolható• sportolásra alkalmatlan• vízi közlekedést akadályozza• a víz felhasználása költséges előkészítést igényel

Az eutrofizáció szabályozása

Input szabályozás

a szennyvizek P-tartalmának 90%-át eltávolítani – befogadó

limitálni a mosószerek foszfáttartalmát

a földhasználat szabályozása – talajkímélő technológiák

a befogadó legyen gyors folyású víztér – ha lehetséges

Az eutrofizáció szabályozása

Output szabályozás

fenékkotrással eltávolítani a tápanyagokban dús üledéket – a tápanyagok újra szuszpendálódhatnak

eltávolítani a túlburjánzott növényzetet – költséges és nagy vízfelületnél nem megoldható

herbicidekkel korlátozni a növények elszaporodását – veszélyeztetheti az összes vízinövényt

levegőztetéssel pótolni az elhasznált oxigént – energia és költségigényes, vagy nem kivitelezhető

AZ EUTROFIZÁCIÓ KÖVETKEZMÉNYEI

MÉRSÉKELT ÉGÖVI ÁLLÓVIZEK

• ELSŐSORBAN: ALGA TÚLSZAPORODÁS (kovaalgák, zöldalgák, kékalgák)

• MÁSODSORBAN: MAKROFITON ELBURJÁNZÁS

TRÓPUSI ÁLLÓVIZEK

• ELSŐSORBAN: VÍZI MAKROFITON túlszaporodás (vízililiom, piscia)

• MÁSODSORBAN: ALGA TÚLSZAPORODÁS (kékalgák, kovaalgák)

A TROFITÁS ÉS A VÍZHASZNÁLAT ÖSSZEFÜGGÉSE

Trofitás Vízhasználat

OligotrófVízellátás

fürdőzés, rekreáció

Mezotrófvízellátás

fürdőzés, rekreáció

EutrófÖntözés

haltenyésztés

HipertrófHaltenyésztés

hajózás

AZ ALGÁK VÍZMINŐSÉGI HATÁSAI

Instabil oxigén viszonyok

Szervesanyag termelés

Szín, szag és ízproblémák

Esztétikailag kedvezőtlen víz

Toxintermelő képesség

PROBLÉMÁK A VÍZELLÁTÁSNÁL

• Növekvő koaguláns igény

• Az ülepítés során flokkok felúszása

• Szűrök eltömődése

• Az algák átmehetnek a szűrőn

• Baktériumok elszaporodása az algák szervesanyagán a vízelosztó rendszerben

MAKROFITON ELBURJÁNZÁSBÓL EREDŐ GONDOK

• A VÍZKIVÉTELI MŰVEK eltömése (vízellátás, energiatermelés)

• MAGAS EVAPORTRANSPIRÁCIÓ

• VÍZI SZÁLLÍTÁS AKADÁLYOZÁSA

• FÜRDŐZÉS AKADÁLYOZÁSA

• HALÁSZAT AKADÁLYOZÁSA

MAKROFITON SZABÁLYOZÁS

• Aratás

• Üledék lefedése

• Kotrás

• Foszfor inaktiválás

• Növényevők betelepítése

• Növényi patogének bevitele

• Vízmélység szabályozás

• Növényirtó szerek alkalmazása

EUTROFIZÁCIÓ SZABÁLYOZÁSA

• Alapja: limitáció

• Módszerek mély tavakra sekély tavakra különbözőek

• Tó és vízgyűjtője egységként kezelése

Beavatkozások a vízgyűjtőn (1)

Pontszerű források

• Lakossági szennyvíz terhelés csökkentése (szennyvíz elvezetés, harmadlagos tisztítás, csatornázási paradoxon)

• Ipari szennyvíz kezelés

• Nagyüzemi állattartó telepek hígtrágya kezelése

Beavatkozások a vízgyűjtőn (2)

Nem-pontszerű források

• Mezőgazdasági termelés csökkentése

• Művelési ág váltás

• Művelési mód váltás

• Szerves- és műtrágya felhasználás csökkentése

• Erózióból származó terhelés csökkentés előtározókkal, nádastóval

Beavatkozások a tóban (1)

Mechanikai módszerek

• Hínárirtás

• Iszap eltávolítás

• Levegőztetés

• Mélységi vízelvezetés

• Rétegzettség megszüntetése (kényszercirkuláció)

• Árnyékolás

Beavatkozások a tóban (2)

Kémiai módszerek

• Üledék oxidációja (nitrát, oldott oxigén, hidrogén-peroxid)

• Meszezés

• Üledék mobil P inaktiválás (alumínium-szulfát, vas(III)-klorid, stb.)

• Algicidek alkalmazása

Beavatkozások a tóban (3)

Biológiai eljárások

• Táplálék láncba beavatkozás

• Betelepítés

Növényzet eltávolítás (amur)

Fito és zooplankton gyérítés (busa)

Halállomány gyérítés (angolna, csuka, fogas, stb.)

• Óvatosságot és az ökoszisztéma ismeretét igényli

• Növénytelepítés

A szaprobitás fokozatai(részben Dr.Gulyás Pál után)

Pantle-Buck index

KOIps

S O2mg · 1-1

0 aszapróbikus 0 0

1 kataróbikus < 0,05 < 1

2 oligoszapróbikus 0,51-1,30 1,0-1,5

3 oligó-béta mezoszapróbikus 1,31-1,80 1,5-2,5

4 béta mezoszapróbikus 1,81-2,30 2,5-5,0

5 alfa-béta mezoszapróbikus 2,31-2,80 5-10

6 alfa mezoszapróbikus 2,81-3,30 10-30

7 alfa-mezo-poliszapróbikus 3,31-3,80 30-60

8 poliszapróbikus 3,81-4,00 > 60

9 euszapróbikus értékelhetetlen, nyers-szennyvíz

A „teljes” szaprobiológiai beosztás

Csoport Zóna JellemzésKATARÓB

nem szennyezett

k katarób igen tiszta vizek szegényes élővilággal

LIMNOSZAPRÓB

Szennyezett felszíni és felszín alatti vizek

x (xenoszaprób)

o oligoszaprób

bm béta-mezoszaprób

am alfa-mezoszaprób

p polimezoszaprób

A KOLKWITZ-MARSSON –féle zónák (lásd később)

EUSZAPRÓB

Bakteriális bontásra alkalmas szennyvizek

i izoszaprób

m metaszaprób

h hiperszaprób

u ultraszaprób

nyers szennyvíz

szeptikus szennvizek

tömény ipari szennyvizek

élet nélküli, tömény szennyvizek, de nem mérgezők

TRANSZ-SZAPRÓB

Bakteriális bontásra alkalmatlan szennyvizek

a antiszaprób

r radioszaprób

c kriptoszaprób

mérgező szennyvizek

radioaktív szennyvizek

szervesanyag nélküli szennyvizek, élettelenek

Szapróbiológiai beosztás

OligoszapróbTiszta, emberi behatástól nem érintett vizek. A mineralizáció teljes. Az üledék oxidált. A víz átlátszó és oxigénben gazdag

Béta-mezoszaprób

Kémiailag előrehaladott oxidáció zajlik. Oxigén tartalom 50 % feletti, határozott napi ritmussal. Változatos flóra és fauna. Aerob lebontás jellemző

Alfa-mezoszaprób

Kémiailag előrehaladott oxidáció zajlik. A víz még tartalmaz oxigént, éles napszakos változású az oxigén tartalom. Sok aminosav és fehérje a vízben. Redukált állapot előfordul.

BOI = 10-20 mg/L, KOI = 20-80 mg/L

Poliszaprób

Nagy mennyiségű, energiadús, biológiai bontásra alkalmas változatos szervesanyag. A víz oxigén mentes, redukált állapotú anyagok jelenléte (H2S, MeS).

BOI = 50-100 mg/L, KOI = 100-200 mg/L

Toxikológia (1)

• Toxicitás = mérgező képesség

• Természetes (bakteriális endo- és exotoxinok, anyagcsere termékek)

• Mesterséges (emberi tevékenység által okozott mérgezőképesség)

Nehézfémek

Szerves mikroszennyezők

Oxigén elvonás

Ammónia

• A toxicitás dózistól függő

• Akut toxicitás (egyszeri nagyobb dózis)

Toxikológia (2)

• Idült toxicitás (hosszú idejű kisebb dózis)

• A fajok és egyedek érzékenysége különböző

• Értékelés LD50 és LC50 alapján

• Mérés célja: hígítási igény megállapítása

• Tesztek fajtái:

Gyorstesztek

Hosszú idejű tesztek

Különleges tesztek

Ökotoxikológia

A toxicitás fokozatai

0 Nem mérgező

1

2 Gyengén mérgező

3

4 Közepesen mérgező

5

6

7 Erősen mérgező

8

9 Igen erősen mérgező

% TLm

nincs válasz

> 100 (válasz < 10 %)

> 100 (válasz 10-50 %)

100-50

50-10

10-1

1-0,1

0,1-0,05

0,05-0,01

< 0,01

Toxikológiai tesztek

Peremfeltételek (1)

• Több faj esetében kell a toxikusságot mérni

• Nagy mennyiségben előforduló szervezetek kiválasztása előnyös

• A szervezetek jól tűrjék a laboratóriumi körülményeket

• Érzékeny élőlények szükségesek a toxikus anyagokkal szemben

• Lehetőleg fiatal egyedeket válogassunk

• Az élőlények érzékenysége évszakosan is változhat

• Több toxikus anyag egyidejű jelenlétében változhat a toxikus hatás

Egymást erősítő hatás

Egymást csökkentő hatás

Semleges hatás

Toxikológiai tesztek

Peremfeltételek (2)

• Lehetőleg gyorsan szaporodó élőlényeket válasszunk

• Jól felszerelt laboratórium szükséges

• Bakteriális tenyésztések steril körülmények között

• Tesztelés közben a környezeti feltételek változatlanok

• Hígítási sort készítenek a toxikus anyagból

• Kontrol minta szükséges

• Több párhuzamos mérés szükséges

• Környezet ne limitálja a szaporodást

Statisztikai kiértékelhetőség

A nehézfémek, mint környezetszennyezők

Csoportosítás élettani hatásuk alapján

esszenciális fémek (Zn, Co, Cr, Mn, Mo, Cu, Fe)

stimuláló fémek (Ti)

toxikus fémek (Ag, Hg, Cd, Pb)

A fémek esszencialitása és toxicitása

hiány optimum toxicitás

hatás

koncentráció

Az esszenciális fémek szerepe

Szerepük a szén ciklusában

CH4

CH3OH

CO2

CH3SCH2CH2SO3-

metanofil baktériumokmetán-monooxigenáz

Fe

metanogén baktériumokmetil-reduktáz

Ni

Az esszenciális fémek szerepe

Szerepük a nitrogén-ciklusban

N2

NH4+

NO3-

NO2-

nitrogénkötő baktériumoknitrogenázFe, Mo, V

nitrifikáló baktériumok

denitrifikáló baktériumoknitrát-reduktáz

Fe, Mo

denitrifikáló baktériumoknitrit-reduktáz

Fe

Az esszenciális fémek szerepe

További jelentős előfordulások

Oxigenáz enzim: Fe, Cu, Mn (cianobaktériumok)

Fotoszintetikus rendszer

elektrontranszport: Fe

vízoxidáció: Mn

Hidrogenáz enzim: Ni, Fe (metanogén baktériumok)

Glükóz tolerancia faktor: króm (ember)

A nehézfém-szennyezés eredete

Ipari eredetű – általában pontszerű

• bányaművelés

• kohászat

• galvanizálás

Mezőgazdasági eredetű – diffúz jellegű

• növényvédőszerek – As, Cu,

• csávázószerek - Hg

Fém Szennyezőforrások

Alumínium

Arzén

Bárium

Cink

Ezüst

Higany

Kadmium

Kobalt

Króm

Mangán

Nikkel

Ólom

Réz

Vas

Textil-, színezék-, és festékgyártás, papír- és bőripar, vízkezelés

Fémötvözés, színezék, gyógyszer és növényvédőszer gyártás.

Fémkohászat, festék-, üveg- és kerámiaipar.

Galván-, villamos-, nyomda-, papír-, festék-, kozmetikai- és gyógyszeripar.

Ékszerkészítés, galván-, fotokémiai- és porcelánipar.

Papír-, gyógyszer-, festék-, klóralkáli- és egyéb vegyipar, mezőgazdaság.

Fémkohászat, galván-, kerámia-, festék- és egyéb vegyipar, atomreaktorok.

Porcelán-, üveg- és galvánipar.

Bőr-, galván-, festék-, papír-, üveg-, kerámia- és textilipar.

Acél-, üveg-, kerámia-, festék-, textilipar, mezőgazdaság.

Galván-, kerámia- és színezékipar.

Színezék-, papír-, textil-, festék-, nyomdaipar, bányászat, gépjárműforgalom.

Villamos-, galván-, textil-, bőr-, fotókémiai és színezékipar, növényvédelem.

Kohászat, acélipar.

A szennyező nehézfémek sorsa

A nehézfémek, mint szennyezők nem bomlanak le!

Általában semleges pH-n kicsapódnak – immobilizálódnak• dúsúlás a lebegő anyagban• felhalmozódás az üledékben• beépülnek az élő szervezetekbe • speciális felhalmozódások – Pb – csont, fog

As – bőr szőr, haj

Főként mikrobiális folyamatokban remobilizálódhatnak

A nehézfémek megjelenési formái - jelentőségük

Szervetlen formák

kationos formák - Fe3+, Cr3+, Hg2+, As3+, Pb2+, Cd2+,

anionos formák – AsO43-, CrO4

2-,

elemi állapotú forma - Hg

Szerves származékok – metilezett, etilezett formák

pl. MeHgCl, Me3As, Et4Pb,

A szerves és szervetlen formák eltérő viselkedése – következmények – biológiai hozzáférhetőség

A nehézfémek hatásai

Fehérjék denaturálása

Kötődés az elektronpár-donor molekulákhoz

enzimek

receptorok

VÍZMINTAVÉTEL (1)

Célok

• Átlagos vízminőségi állapot felvétele

• A vízterület osztályozása

• Terhelés becslése

• Megfelelő szabályozási stratégiák kiválasztása

• Vízminőségi állapot előrejelzése

VÍZMINTAVÉTEL (2)

Mérések feltételei

• Megfelelő komponensek kiválasztása

• Analízis gyorsasága

• Megfelelő érzékenység és kimutatási határ

• Mérések megfelelő reprodukálhatósága

• A mérések reprezentatívak legyenek a vízterületre (tér- és időbeni reprezentativitás)

• Szükséges mintaszám meghatározás

MINTAVÉTELI MÓDSZEREK (1)

Kémiai komponensekre

• Mayer-palack

• Rutter-palack

• Szempontok:

– elegendő minta a meghatározandó komponensekre,

– tiszta mintavevő

– Különböző koncentráció tartományok figyelembe vétele (szennyvizes palackba felszíni vizet nem szabad gyűjteni)

• Pontminták

• Folyamatos mintavétel (monitor)

MINTAVÉTELI MÓDSZEREK (2)

Biológiai komponensekre

• Planktonháló (fito-, zooplankton)

• Szűrő (szilárd részecskékre)

• Sűrítés (szűrés, centrifugálás, ülepítés)

• Bakteriológiai mintavétel steril üvegbe

• Helyszíni tartósítás:

zooplankton: formaldehid,

fitoplankton: Lugol oldat

Egyszerű vízmintavevő készülék

Ruttner-féle palack

Zsigmondy-szűrő

Plankton-háló

MINTAVÉTELI HELYEK MEGHATÁROZÁSA (1)

Vízgyűjtő

• Fontosabb befolyók meghatározása

• Szennyező források feltárása eredet szerinti bontásban

• Szennyezőanyag emissziók mérése

• Koncentráció és anyaghozam mérése a vízfolyásokban

• Transzmissziós tényezők meghatározása

MINTAVÉTELI HELYEK MEGHATÁROZÁSA (2)

Víztest

• Területi változások reprezentálása (horizontális, vertikális)

– mély rétegzett tavak

– sekély tavak

• Időbeni változások reprezentálása (szezonális, napi, napon belüli)

• Rétegzett mintavételi stratégia

• Fontos elem a költség

Mintavételi gyakoriság meghatározása

• Cél: Jellemző vízminőségi állapot meghatározása

• Szükséges gyakoriság komponens-függő is

• Gyakoriság és változékonyság fordítottan arányos

• Összefüggő komponensek esetében elég egyiket mérni (vezetőképesség vagy összes oldott anyag)

• Pontminta mérések

• Időbeni átlagminták

• Monitorozás

MÉRÉSI MÓDSZEREK KRITÉRIUMAI

• Szelektivitás

• Megfelelő méréshatár

• Kimutatási határ

• Pontosság

• Érzékenység

A PCB-k felhalmozódása vízi ökoszisztémákban

Oxidáltsági fok:Nitrátammonifikáció (nitrátredukció)

Nitrogénmolekula

dinitrogén-oxid

nitrogénkötés denitrifikáció

Ammónium-ion

Amino csoport

hiposalét-romsav

Nitrit Nitrát

nitrifikáció

-III -II -I O +I +II +III +IV +V

• Az elemi nitrogén molekula (N2), diffúziója gyorsabb, de nagy mértékben ellenáll a kémiai reakcióknak.

• A kombinált nitrogén viszont, szinte minden életjelenségben részt vesz nagy reakcióképessége révén, miközben oxidáltsági foka a legredukáltabbtól (-III pl. NH3), a legoxidálttatabbig (pl. NO3

-) terjed.

(A Balaton erősen eutrofizálódott részén, a Keszthelyi-öbölben 1977 június és november között 35,8 kg/ha, az összes N-terhelés 45 %-a volt az elemi nitrogénkötés eredménye.)

OldottN2

SzervesN

NO3-N

OldottN2

NO2-N NO3-N

NO2-N

NH4-N

NH4-NSzerves

N

nem lebomló szerves N

víz

üledék

NO

3-N, N

O2-N

, NH

4-Nszerves N

NO

3-N, N

O2-N

, NH

4-N

szerves N diffúzió

kiülepedésfelkeveredés

diffúzió

szorpcióammónia képződés

ammónia felvételanaerobnitrogénkötés

denitrifikáció

nitrát redukció

diffúzió

denitrifikáció

ammónia képződés

ammónia felvétel

levegő

aerobnitrogénkötés

nitrátfelvétel nitrifikáció

denitrifikáció

Tó - víz Lebegő anyag

Pórus - víz Üledék

A víz- üledék kölcsönhatást befolyásoló fő folyamatok

Szorpció

Precipitáció

SzorpcióOldódás

Fel

kev

ered

és

Üle

ped

és

Kon

vek

ció

Dif

fúzi

ó

Határ-réteg

VÍZ

ÜLEDÉKréteg

Biokémiai folyamatok: (1)

• Nitrogénkötés

Mesterséges ammóniaszintézissel

Fotókémiai úton (NH3), (NOx)

Kékalgák, baktériumok által

N2 2 N ( H = + 670 KJ)

2 N + 3 H2 2 NH3 ( H = - 54 KJ)

Biokémiai folyamatok: (2)

• Ammonifikáció:

Az élőlények elpusztult testét baktériumok bontják aminocsoport eltávolításával, ammónia (NH3) előállításával.

(pl. Pszeudomonas):

2CH2NH2COOH + 3O2 4CO2 + 2H2O + 2NH3

(H = 737 KJ/mol glicin)

Égés

Állatok ammóniaürítése

Delwiche (1977) szerint

mill

ió t

onn

a

Ammónia-ammónium egyensúly: (1)

Az ammónia %-os aránya a pH és hőmérséklet függvényében

a mm

ónia

[%

]

T [C]

pH

Ammónia-ammónium egyensúly: (2)

NH3 + H2O OH- + NH4+

NH4+ + H2O = H3O+ + NH3

°C 5 10 15 20 25 30

pKa 9,80 9,73 9,56 9,40 9,25 9,09

( )pH-pKalognum+1100

=%NH3

Ammónia-ammónium egyensúly: (3)

• Mikor az ammónia-molekula vízben oldódik, lúgként viselkedik (protont tud felvenni); az ammónium-ion viszont savtermészetű (protont tud leadni).

• Az ammónium-ion számára az élő sejthártya áthatolhatatlan, a szabad ammónia viszont a sejtmembránon áthatol, veszélyeztetve az élőlényeket.

• A víz ammónia – ammónium tartalmáért algák, vízinövények, baktériumok versengenek.

• Az ammónia – nitrit – nitrát átalakítást végző baktériumok hőigénye különböző

• Nitrifikáció:

A különböző folyamatokkal keletkező ammóniát (NH3) a nitrifikáló baktériumok először nitritté (NO2

-), majd nitráttá (NO3-) oxidálják és szervetlen

szénből szerves anyagot szintetizálnak.

(pl. Nitrosomonas):

2NH3 + 3O2 2H+ + 2NO2- + H2O (H = - 522 KJ)

(pl. Nitrobacter):

2NO2- + O2 2NO3

- (H = - 146 KJ)

• Nitrátammonifikáció (nitrátredukció):

anaerob körülmények

a baktériumok a nitrát (NO3-) ionokat oxigénforrásként, illetve

hidrogénion (H+) akceptorként hasznosítják

A folyamat nitriten (NO2-) keresztül az ammónia (NH3), ill.

ammónium-ionig (NH4+) fut.

(pl. Pseudomonas):

2C6H12O6 + 6NO3- 12CO2 + 6OH- + 6NH3

• Denitrifikáció:

Ez a folyamat is a nitrátért (NO3-) versenyez. Itt a redukció csak

dinitrogén-oxid (N2O) vagy dinitrogén-gázokig (N2), történik.

(pl. Nitrococcus denitrificans):

C6H12O6 + 6NO3- 6CO2 + 3H2O + OH- + 3N2O

(H = - 2282 KJ / mol glükóz)

5C6H12O6 + 24NO3- 30CO2 + 18H2O + 24OH- + 3N2

(H = - 2387 KJ / mol glükóz)

(pl. Thiobacillus denitrificans):

5S + 6NO3- + 2CaCO3 3SO4

2- + 2CaSO4 + 2CO2 +3N2

(H = - 533 KJ / mol kén)

• Nitrátlégzés (disszimilációs nitrogénredukció):

Oxigén hiányában sok baktérium a szerves anyag bontásakor keletkező elektronokat a nitrát redukálására használja. A nitráttól (NO3

-) az ammóniáig (NH3) történő redukálással 8 elektron átadásra van lehetőség.

• Nem biokémiai folyamatok

A tápanyagforgalom és a táplálkozási kapcsolatok egyszerűsített folyamatábrája